可压缩多介质流动问题的高精度数值模拟方法

在可压缩流动问题的数值模拟领域,激波的高分辨率计算已取得重要进展。但是包含物质界面的可压缩多介质流动的数值模拟还存在诸多数值挑战,主要表现为界面处数值耗散过大和非物理振荡等问题。界面处流体性质的不连续性是造成可压缩多介质流动问题物理建模与数值方法困难的主要原因。为了建立一套高效的可压缩多介质流动问题的高精度数值模拟方案,本文从数值框架的选择、非守恒方程相容离散、高精度有界格式构造、界面压缩、界面-单介质分区计算方法等多个维度出发,综述近几年我们在可压缩多介质流动问题高精度数值模拟方法方面的研究进展。通过上述多个维度的工作,我们建立了一套适用于可压缩多介质流动问题的低耗散、基本无数值振荡的高精度欧拉数值方法,并成功应用于可压缩多介质大变形流动和界面不稳定性诱导湍流混合等问题的数值模拟。相关数值方法研究成果已集成至武器物理等领域工程数值模拟软件中,为相关工程任务提供了重要技术支撑。     

基于COSMIC掩星精密定轨数据的等离子体层电子含量研究

等离子体层是日地环境重要的组成部分.本文利用COSMIC掩星精密定轨数据经处理后得到的podTec文件获取等离子体层电子含量（PEC）对等离子体层进行研究.将podTec数据进行处理后获得的PEC（pod-PEC）和IRI-Plas经验模型提供的PEC （IRI-PEC）进行对比，发现pod-PEC与IRI-PEC符合得较好.在低（0°—20°）、中（20°—50°）、高（50°—90°）修正地磁纬度带下，分析了COSMIC在太阳活动极大年（2014年）3，6，9和12月的pod-PEC，得到如下结论:PEC随着纬度升高而逐渐减少，且3，9月PEC在中低纬关于磁赤道的南北对称性较好，6月北半球各纬度带的PEC明显高于南半球同一纬度带的值，而12月情况则完全相反，南半球中纬的PEC甚至会等于北半球低纬的PEC值；PEC在白天高而晚上低，高纬地区的PEC昼夜变化不明显；PEC具有明显的季节性.对于北半球，一年中PEC最大值出现在春季，冬秋季次之，夏季最低，具有明显的年度异常现象.      

潜入式喷管喉衬界面间隙优化设计

为了解决固体火箭发动机潜入式喷管喉衬在热载荷与内压联合作用下界面间隙优化问题，数值模拟方法求解了喷管热结构响应。采用流体仿真软件，计算了潜入式喷管流动过程的稳态流场，获取了高温燃气流动参数与固体壁面对流换热系数。并采用三维有限元结构计算平台，编写了非均布壁面压力载荷与非均布对流换热系数子程序，求解了喉衬前后搭接界面间隙在0mm，0.05mm，0.10mm，0.15mm，0.20mm下喷管热结构耦合问题，获取了材料内部温度场与应力场分布。结果表明，喉衬环向压应力与拉应力都随时间增加，先增大后减小。其次，随间隙增大，喉衬拉应力先减小后增大，喉衬压应力先增大后减小。再次，依据界面闭合与喉衬环向受力最小的准则，确定了喉衬前后间隙的相对最优值，前间隙相对最优值0.10mm，后间隙相对最优值0.05mm。本文数值方法可为喷管热防护材料界面搭接与喉衬界面间隙设计提供指导，也可应用于评估喷管热防护与结构强度安全余量。     

美陆军启用新型电子战系统

近日,美陆军公布了一种新型电子战系统——"地面层系统-旅以上部队(TLS?EAB)",旨在建立一种跨越海洋的远程电子战系统,为联合作战作出关键贡献。新型电子战能力显示了美陆军如何超越其传统的地面目标。太平洋战区是美国防部关注的重中之重,虽然主要是海上领域,但美陆军对该地区非常重视,甚至还组建了专门编队,如多域特遣部队,因此必须适合海上目标,而不仅仅是陆地目标。     

铺层结构对复合材料层合板固有频率的影响

搭建四角简支的复合材料层合板的模态振动实验平台。使用锤击单点激励法获取层合板不同测点位处的频响函数;利用DHDAS动态信号分析系统测得不同铺层结构复合材料层合板的前三阶固有频率,及对应的振型;进一步分析铺层结构对复合材料层合板的振动特性的影响。结果表明,改变测点位置对层合板整体的固有频率影响较小;复合材料层合板的铺层结构对固有频率有很大影响;[0°/90°/±45°]s4铺层结构的层合板的抗冲击性最强、结构整体的刚度最高。     

低速冲击下复合材料层合板损伤试验与模拟

对复合材料层合板进行四种不同能量的低速冲击试验,测量了不同冲击能量下的凹坑深度,并利用超声C扫描获得了层合板分层形状和面积。依照试验条件,建立复合材料层合板低速冲击三维有限元模型,模型中分别采用hashin失效准则和界面单元模拟层内失效和层间损伤,结合试验与模拟结果,讨论了复合材料层合板在低速冲击下的损伤特征,以及冲击过程中层合板内部损伤的发生及演化规律。     

北京上空下三角钾层的激光雷达观测与研究

利用2010年11月至2011年10月和2013年5月至2014年4月两年的观测数据发现一种特殊的钾层，称其为下三角钾层.下三角钾层的峰值密度随时间逐渐增加，峰值密度所在高度不断降低，钾原子浓度随高度的升高先迅速增加，然后又缓慢减少.当下三角钾层出现时，90km以下的柱密度显著增加，而90km以上的柱密度变化不大，导致钾层总的柱密度明显增加.一月是下三角钾层出现时长最多且出现率最高的月份，这可能与大气半日潮汐的季节变化有关.下三角钾层的频繁出现使钾层一月份的柱密度和峰值密度分别增加15.7%和12.9%，而质心高度却降低0.18km.将下三角钾层与同时同地观测的钠层进行比较，结果显示当钾原子浓度增加时，钠原子浓度却变化不大.假设不存在特殊的源注入，结合钾层模型与钠层模型中的化学反应及其相应的化学反应速率，可以推测下三角钾层中增加的钾原子主要来自KO₂，部分来自KOH.      

基于混杂非对称复合材料的自适应对日定向器

提出并设计了一种基于混杂非对称复合材料层合板的新型自适应对日定向器。该对日定向器采用混杂非对称复合材料层合板作为驱动元件，利用在轨光照条件的变化引起复合材料层合板温度变化，进而使其产生热变形并驱动太阳翼发生偏转。提出的自适应对日定向器结合传统的单自由度对日定向机构，能够实现太阳能帆板的双自由度对日定向。介绍了自适应对日定向器的基本原理，并结合地球静止轨道的光照条件进行了具体设计。利用能量变分原理建立了混杂非对称复合材料的热变形模型，分析其热变形特点，并利用有限元方法对定向器在地球静止轨道上的温度场特性、热变形及对日定向转动角度进行分析。有限元分析结果表明，通过合理设计，自适应对日定向器的转角能够随太阳光入射角变化呈线性变化，定向精度可达±1°。