不同壁温及差分格式下超燃冲压发动机的仿真

针对圆截面超燃冲压发动机相关实验进行数值仿真，采用了不同的壁面温度条件和差分格式，并探究其对仿真结果的影响规律。结果表明采用常用的绝热壁面边界条件会导致激波边界层交互位置处的回流区变大，进而导致流道收缩，壁面压力升高。采用高精度格式不仅不能更为精确地计算回流区的大小，反而会使回流区面积变得更大。通过改变壁面边界条件，采用300 K的等温壁面，可以使激波边界层交互位置处的回流区变得极小，使仿真结果与实验结果十分吻合。计算结果表明，针对当前构型与实验条件，盲目提高数值格式的精度并不一定会得到更好的结果，相反可能会使仿真与实验更加偏离，而适当修改壁面温度条件，即使数值格式精度较低，仍然可以得到很好的仿真结果。最后，针对与实验结果吻合的仿真结果，分析了圆截面超燃冲压发动机的流场特性，重点研究了凹腔剪切层及其质量交换特性。     

煤油/氧气预爆器爆震波特性研究

为了解决液态煤油旋转爆震发动机短距离快速起爆问题，进行了煤油/氧气预爆器方案设计。此方案包括双级轴向旋流和离心喷嘴匹配方案、半圆轴向垂直预爆管和圆管切向预爆管等设计，建立了液态煤油/氧气预爆器爆震波特性试验台。探讨了不同工作时序、当量油气比、预爆管结构等对预爆器爆震燃烧特性的影响。结果表明预爆器产生的爆震波压力达到4.0MPa以上，爆震波传播速度高于1300m/s，液态煤油/氧气最佳当量油气比存在于0.6-0.73之间一点。对比半圆轴向垂直预爆管和圆管切向预爆管，圆管模型爆震波压力明显高于半圆管模型，而传播速度却低于半圆管模型，圆管模型整体存在着前导激波的生成，而半圆管模型却在生成的爆震波后方有明显的压力波动现象     

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L1范数的k平面聚类算法设计

基于L2范数度量的k平面聚类(k-Plane Clustering,k PC)设计思想,本文提出了一种采用L1范数度量的聚类算法。由于在平面更新步骤中,所导出的优化问题是非凸的,文中给出了一种求解方法,即将非凸问题转化为有限个子集上的凸问题,为避免求解多个优化问题导致训练时间过长问题,本文还设计了一种新的优选策略,有限个子集的搜索任务可在线性时间内完成。本文所提出的方法只需要求解k个线性规划,而不再是k PC的求解特征值问题。在人工和UCI数据集上的实验结果表明:基于L1范数平面聚类算法的训练和测试时间更短,且在大多数数据集上均表现出了更好的聚类性能。     

月地转移轨道中应急调整异面着陆场的轨道控制及优化方法

摘要： 针对月地返回轨道周期较长、不确定性较大的特点，结合我国主、副着陆场的分布情况，提出一种通过在月地返回轨道中实施双脉冲机动，以实现在应急条件下将再入平面调整至原再入平面以外的异面再入落区方法.应用一种迭代算法实现了在月地系统复杂引力场中求解Lambert问题的精确解；而后，结合最优的必要性判定条件以及模拟退火算法，应用一种交互式脉冲优化方法，可求得双脉冲机动的最优解为0.025 2 km/s，满足工程实际约束.     

基于反问题的涡轮过渡流道一体化支板设计方法

为进一步改善大涵道比涡扇发动机气动性能及燃油经济性,降低其污染物排放,控制其重量与成本,提出了一种高效的高、低压涡轮过渡流道整流支板一体化设计理念,即对原型支板与第一级低压涡轮导叶进行初步正问题一体化设计,并基于气流角全三维粘性反问题进行进一步改型设计,使得在保证自身气动性能不降低的基础上,带一体化支板涡轮过渡流道能够与高、低压涡轮实现良好匹配。以某型发动机过渡流道为算例开展了一体化设计工作,并采用三维数值模拟方法进行了设计点、非设计点流场分析评估。结果表明,设计点工况下一体化支板出口气流角以及马赫数分布均与原型导叶出口一致,验证了一体化设计的有效性。同时,带一体化支板的过渡流道总压损失从原型流道的2.49%降低到了1.02%。而在非设计工况,带一体化支板的过渡流道气流分离明显减小,具有更宽的最佳工况范围。     

大型自由曲面光学器件的超精密抛光方法

旨在提高大尺寸自由曲面光学器件精密抛光技术的精度与效率。通过构建一个机器人抛光中心作为抛光平台,并在包括单位圆域、单位正方形域及自由边界域在内的平面映射域内求解旅行商问题,通过投影计算圆形度数值,进行映射区域的分类,并将所获得的平面轨迹映射到曲面上获得用于大尺寸自由度超精密光学器件的抛光路径。本文算法综合考虑到计算效率以及边界覆盖质量:当投影区域的圆形度超过0.9,则采用单位圆域作为映射平面域;当投影区域的圆形度值相对小,介于0.8与0.9之间,则采用单位方域作为映射平面域;当圆形度值小于0.8,则采用自由边界映射域。仿真及试验验证抛光结果表明,该方法可以获得高效的无交叉路径,有效降低单一方向运行导致的中频、高频误差,满足抛光路径方向不断变化的实际抛光加工需求,有效消除抛光纹理,并显著提高抛光精度和效率。     

基于QSS的自适应多步校正算法及其在柔性航天器动力学中的应用

量化状态系统（QSS）算法是一种基于状态变量离散化的数值积分方法，该方法与基于时间离散的传统方法显著不同，QSS通过计算状态变量每次跃迁所需的时间来推进下一步的积分。在求解非刚性常微分方程时，QSS算法比传统算法更具优势，但它不适合求解刚性问题。为此提出一种基于QSS的自适应多步校正算法（AMCQSS），该算法以QSS为基础、结合隐式多步法思想，在计算过程中可以自适应选择二步法或三步法，以有效提高求解刚性问题的精度和效率。通过对柔性航天器动力学的仿真求解，验证了算法的可行性。将该算法与ODE23tb、ODE15s、ODE45以及QSS等算法进行对比，结果表明AMCQSS算法既能保证求解的效率及精度，又具有较好的收敛性和稳定性。     

点阵结构部件的增材制造路径连接方法

旨在提高点阵结构部件增材制造的加工效率。点阵结构经分层切片后,每层将产生大量待填充多边形,通过将这些多边形抽象为离散点,并在切片层面内求解旅行商问题,进行连接路径的规划,进而获得高效率的点阵模型填充路径。算法综合考虑到旅行商问题的计算效率以及连接路径的计算总长:采用蚁群算法可获得无交叉连接轨迹,计算2000个点的连接规划耗时小于3.5s,对照国际先进算法仅增加0.2%的路径总长;当部分抽象点距离过远,则采用距离聚类的方式将抽象点集分割为子集,再分别进行路径规划。仿真及试验验证结果表明,该方法可以获得高效的无交叉连接路径,有效降低连接路径总长及加工时间:总打印时间减少17.52%,总连接长度减少17.38%,满足实际增材制造需求。