基于时间谱方法的振荡翼型和机翼非定常黏性绕流数值模拟

 传统的双时间方法在非定常计算中长时间的过渡迭代推进求解导致其计算效率相对较低,针对周期性非定常流动问题的流动特征,发展了一种基于离散傅里叶变换的高效时间谱方法,用于求解振荡翼型和机翼的非定常黏性绕流。在时空耦合的雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程的求解中,对流项的离散应用了Roe的通量差分格式,物理时间项的离散方法为时间谱方法,伪时间推进采用了隐式LU-SGS(Lower-Upper Symmetric Gauss-Seidel)格式。考虑到湍流的时空耦合效应,时空耦合的Spalart-Allmaras一方程湍流模型的物理时间项同样采用时间谱方法进行离散。为了进一步提高计算效率,当地时间步长和多重网格技术等加速收敛的措施均被采用。算例对俯仰振荡NACA0012翼型和Lann机翼的周期性非定常流场进行了数值计算。结果表明:对于周期性非定常流场的数值模拟,相比于传统的双时间方法,用时间谱方法近似物理时间项,不仅能够提高流场的计算精度,而且更能够大幅度提高计算效率。     

基于FFT含有饱和环节的非线性等效系统的方法研究

基于快速傅里叶变换(FFT)方法,对系统的输入和输出信号进行快速傅里叶变换,对含有高次谐波的输出信号进行滤波,得到期望主频率的傅里叶频谱,然后进行傅里叶反变换,求得在各主频率下的幅值和相位.利用MATLAB中的非线性最小二乘拟配方法得到含有非线性环节的飞机纵向飞行控制系统的频域等效线性模型.这种方法也为含有非线性环节的飞机纵向飞行控制系统的飞行品质评估提供了一种可行的方法.     

A point-wise least squares spectral analysis (LSSA) of the Caspian Sea level fluctuations,using TOPEX/Poseidon and Jason-1 observations

The Caspian Sea has displayed considerable fluctuations in its water level during the past century. Knowledge of such fluctuation is vital for understanding the local hydrological cycles, climate of the region, and construction activities within the sea and along its shorelines. This study established a point-wise satellite altimetry approach to monitor the fluctuations of the Caspian Sea using a complete dataset of TOPEX/Poseidon for the period 1993 to the middle of 2002, and its follow-on Jason-1 for the period 2002 to August 2009. Therefore, 280 virtual time-series were constructed to monitor the fluctuations. The least squares spectral analysis (LSSA) method is, then employed to find the most significant frequencies of the time-series, while the statistical method of principle component analysis (PCA) is applied to extract the dominant variability of level variations. The study also used the observations of TOPEX/Poseidon and Jason-1 over the Volga River along with 5 years of Volga’s water discharge to study its influence on the Caspian Sea level changes. The LSSA results indicate that the lunar semidiurnal (M2) and the Sun semidiurnal (S2) frequencies are the main tidal frequencies of the Caspian Sea with the mean amplitude of 4.2 and 2.8 cm, respectively. A statistically significant long-term frequency (12.5-years period) is also found from altimetry and tide gauge observations. A phase lag, related to the inter-annual frequencies of the Volga River was detected from the point-wise time-series showing level propagation from the northwest to the southeast of the sea. The cross-correlation between the power spectrum of Volga and that of the northern-most, middle, and southern-most points within the Caspian Sea were respectively 0.63, 0.51 and 0.4 of zero-lag correlation, corroborating the influence of the Volga River. The result of PCA also shows that different parts of the Caspian Sea exhibit different amplitudes of level variations, indicating that the point-wise approach, when employing all available satellite measurements could be a suitable method for a preliminary monitoring of this inland water resource as it gives accurate local fluctuations.     

基于光纤F-P可调谐滤波器的有害气体检测方法

光谱分析法在气体成分监测领域有着广泛的应用,实现小型紧凑高分辨率的光谱测量装置是热门的研究课题。文章创造性的提出了基于光纤法布里-帕罗（F—P）的可调谐滤波器提高吸收光谱分辨率,为构建紧凑高分辨率的光谱仪提供了一种新的方案。基于光纤F-P的可调谐滤波器成功实现了微型光栅光谱仪（分辨率约1nm）对甲烷吸收光谱的测量,对比无光纤F—P可调谐滤波器直接测量的结果,该方法测得的吸收光谱强度至少提高了一个数量级。此研究成果可用于紧凑高分辨率的星载气体检测仪的研制。     

超低轨道地球卫星脉冲星/星光折射/光谱组合导航

针对超低轨道地球卫星导航自主需求,提出了一种脉冲星/星光折射/光谱测速组合天文导航方法。首先根据地球超低轨道卫星运行轨道动力学方程建立导航系统状态模型;分别根据脉冲到达时间差和星光折射角与天体光谱频率建立导航系统量测模型;使用Unscented卡尔曼滤波方法,降低随机误差对导航精度的影响,使用基于UKF的信息融合方法,有效融合了三种天文导航方法结果数据。经计算机仿真分析,该组合导航方法位置导航误差均值为85.62m,速度误差均值0.190m/s,能够满足超低轨道地球卫星在轨运行导航需求。     

CHAMP卫星加速度计标校参数序列的谱分析

给出了利用能量守恒方法求定CHAMP卫星加速度计标校参数的基本原理和算法．对2001年8月-2003年12月共约两年半的CHAMP卫星加速度计数据进行了标校,导出了尺度、偏差和偏差漂移参数的时间序列,分别采用最小二乘谱分析和抗差谱分析对这些时间序列进行了分析．结果表明,尺度、偏差和偏差漂移参数都有明显的周期变化,但各主周期项略有差异．尺度的主周期是441d、220d、126d和13．4d的周期变化,其中220d和441d的周期变化的贡献相对较大．偏差中有明显的220d、126d和13．4d周期变化,各周期变化的贡献几乎相当;偏差漂移的主周期是220d、13．4d和9d的周期变化,其中13．4d的周期变化最为显著,几乎比其他周期项变化高出一个数量级．另外尺度和偏差参数还有明显的长期变化,而偏差漂移参数的长期变化不明显．     

超声速混合层中边频扰动的气动声场

为研究超声速流动下混合层声辐射机理，提高对超声速混合层气动噪声的认识，利用抛物化稳定性方程(PSE)考察一对频率接近失稳扰动的非线性演化，分析近场差频扰动的演化特征，并结合Wu积分理论计算远场声辐射特性。结果表明，超声速混合层中频谱拓宽与差频扰动有关，差频扰动的产生，拓宽了远场马赫波辐射范围，增大了远场马赫波辐射强度。对于快模态扰动，差频扰动频率越小，其增长能力越强，远场马赫波辐射区域越宽；对于慢模态扰动，差频扰动频率大小对其增长能力影响不明显，远场马赫波辐射范围和强度变化不大。      

配置点谱方法求解非均匀介质内辐射传热问题

发动机内的燃气等高温介质随着组分和浓度的变化，会引起折射率在空间上的非均匀分布，从而导致辐射能束沿着曲线传播，其相应的辐射传热过程也更为复杂。为了避免射线追踪方法的复杂计算、提高计算效率，本文提出了配置点谱方法求解二维非均匀介质内辐射传热问题。在求解过程中，角向采用离散坐标法处理，空间采用配置点谱方法处理。通过将三种非均匀介质内辐射传热问题的配置点谱方法结果与文献结果进行对比分析，发现配置点谱方法可以在较少的节点数下，获得准确、有效地计算结果。并且，采用配置点谱方法求解三种算例的计算时间均消耗较少，均在20分钟以内。这将为进一步开展发动机复杂结构内高温燃气辐射快速仿真提供基础。     

光纤光栅传感器对非均匀应变场的响应特性

提出利用测量位置处光栅传感器的光谱特征反推该处对应的应变分布状态的方法。采用改进的传递矩阵方法，模拟了不同应变分布函数对应的光谱响应，分析了其基本特征参数同应变分布之间的变化规律。通过有限元仿真计算试验件在弯曲载荷下光栅粘贴处的应变分布，重构了传感器的光谱，并将其和应变分布函数的理论计算光谱图进行比较，验证了应变分布形式与反射光谱特征的关联性。构建带有不同半径圆孔的铝合金板孔口弯曲加载试验系统，测试试验件弯曲挠度和孔径大小与反射谱特性的关系。理论及试验结果表明，实测与仿真计算的谱图变化具有相同规律，光谱特征参数可作为预测铝合金孔径的有效指标，并为其他类型结构的应变场变化规律的监测提供参考依据。