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CFD高精度算法的雷电电磁场研究

雷电空间电磁场一直是电磁领域研究的热门，成熟的算法例如有限时域差分法（FDTD），传输线矩阵法（TLM）以及频域的矩量法（MoM）在计算雷电问题方面都有广泛的应用。由于计算流体力学（CFD）中的Euler方程与电磁学中的Maxwell方程有着相同的守恒形式，而且采用间断伽辽金方法（DG）已经在流场问题上得到广泛的尝试，因此引入了基于计算流体力学的DG方法来离散时域Maxwell方程，并采用网格分区并行技术加速计算，使用基于DG的圆球雷达散射截面积（RCS）算例进行测试，数值结果一致表明DG算法在求解电磁场问题上的可行性，之后通过计算一段近场雷电通道的电场分布并与解析解、某算法仿真解对比，数据基本吻合，说明该方法适合于雷电电磁场的计算。     

Stationary flow fields prediction of variable physical domain based on proper orthogonal decomposition and kriging surrogate model

In this paper a new flow field prediction method which is independent of the governing equations, is developed to predict stationary flow fields of variable physical domain. Predicted flow fields come from linear superposition of selected basis modes generated by proper orthogonal decomposition(POD). Instead of traditional projection methods, kriging surrogate model is used to calculate the superposition coefficients through building approximate function relationships between profile geometry parameters of physical domain and these coefficients. In this context,the problem which troubles the traditional POD-projection method due to viscosity and compressibility has been avoided in the whole process. Moreover, there are no constraints for the inner product form, so two forms of simple ones are applied to improving computational efficiency and cope with variable physical domain problem. An iterative algorithm is developed to determine how many basis modes ranking front should be used in the prediction. Testing results prove the feasibility of this new method for subsonic flow field, but also prove that it is not proper for transonic flow field because of the poor predicted shock waves.     

基于CFD/CSD耦合的叶轮机叶片失速颤振计算

为了研究叶轮机叶片的失速颤振特性,发展了一种计算流体力学与计算结构力学(CFD/CSD)时域耦合方法。该方法通过每一物理时刻CFD和CSD的循环迭代实现了耦合计算。在CFD分析中,采用鲁棒性较好的空间离散格式AUSM+-UP,并基于延迟脱体涡模型(DDES)模拟了带分离流动。在结构分析中,通过模态法构建了旋转叶片动力学方程并运用杂交多步方法进行求解。以孤立转子Rotor37为例,计算了不同工况下流场总体与细节参数,与实验结果的对比验证了CFD算法的精度。对某转子叶片进行了颤振特性研究,计算所得的广义位移时间响应曲线表明该叶片在近失速工况下会发生失速颤振,其表现形式为一阶弯曲模态发散且各阶模态之间不耦合。分析表明,流场不稳定和非定常效应是引起失速颤振的关键因素,同时折合频率的降低也会导致原本气动弹性稳定的叶片发生失速颤振。     

基于域分解的双模式PE

高频近似算法的误差比抛物方程(PE)大,叠加PE计算不能反映同频干扰,对流层电波传播计算域内存在不同的电波传播机制。文章提出了域分解双模式PE,将计算域分解为海洋或地形上的阻抗边界域和空间传播域,分别采用DMFT和SSFT求解。交叠区域实现了电波在两域间的互相传播,并避免了边界截断产生反射。与功率叠加PE相比,反映了多源电波间的矢量叠加,并降低了一半的计算量。在标准大气单源、蒸发波导双源条件下的数值试验验证了方法的正确性和有效性。     

调频连续波合成孔径雷达滑动聚束成像算法

调频连续波(FMCW)体制下,传统脉冲合成孔径雷达(SAR)的"走—停"回波模型已经不再适用,快时间走动项引入的距离-方位耦合项不可以忽略,否则会使图像质量的降低。该文首先构建FMCW回波模型,其次,提出了一种基于两步式的滑动聚束SAR成像算法。所提算法针对滑动聚束模式中,多普勒历程大于脉冲重复频率(PRF)所造成的频谱混叠问题,采用方位频域去斜的预处理加以解决。由于距离徙动校正(RCMC)后方位时域依旧混叠,该算法通过方位去斜在频域完成聚焦避免再一次的解混叠操作。通过仿真验证,该算法能够实现高精度的FMCW SAR滑动聚束成像。     

跑道侵入严重度本体建模及等级划分研究

为研究致险因素对跑道侵入严重度的影响,从知识建模角度出发,构建了跑道侵入严重度划分的领域本体模型.采用石川图针对跑道侵入严重度划分问题进行因果分析;进而以跑道场景要素为导向构建本体模型;应用FaCT++推理机对实际案例分析推理,结合DL query 模块辅助验证推理结果.结果表明,本体推理可以支持跑道侵入严重度划分,验证了模型的有效性.     

计算参数对数值修正载荷识别算法的影响

针对在载荷识别计算中经常遇到的累积误差问题，提出了一种在每个时间步长内迭代修正的 载荷识别算法。首先利用拟静态算法得到载荷初值，再使用数值迭代算法对其进行修正计算，仿真结果表明，该修正算法可以有效地减小由于累积误差导致的发散，得到收敛的识别结果。针对上述算法，本文以多输入多输出简支梁为模型，分别分析了区间放大系数、区间分割系数和精确度指标3个计算参数对于识别结果的影响。计算结果显示，参数的选择对算法的效率和精度影响很大，不当的参数甚至可能引起识别结果严重发散，所以选择合适的计算参数对于数值修正算法十分重要。     

可拓模式识别算法中经典域的确定方法

可拓模式识别算法是根据各个关联度的对比来识别最终的模式,其中经典域区间的确定有着重要的作用。传统的经典域确定方法是基于数理统计学的,不适用于小样本数据,数据不完全以及数据分布未知等复杂情况。引入Bootstrap算法,并和传统的方法对比,更精确地确定了经典域区间。     

多层缝隙耦合贴片型频率选择表面研究

设计了一种基于缝隙耦合的贴片型频率选择表面（Frequency selective surfaces, FSS），该FSS拥有窄带特性。分析了缝隙结构对FSS的频率响应的影响，提出 了一种具有极化稳定性和角度稳定性的双极化FSS单元。采用全波电磁仿真软件对其进行分 析，同时采用谱域法和周期性矩量法对该FSS进行了理论分析并得到解析解。通过将缝隙改 为十字缝隙实现双极化设计，仿真结果显示该结构具有极化稳定性和角度稳定性，并与理论 分析吻合，表明设计的正确性。