边界元法计算厚板表面裂纹问题的应力强度因子

建立了一种能反映裂纹尖端应力、应变奇异性的三维等参奇性边界元，应用边界元分析方法求得了具有半椭圆形和半圆形表面裂纹厚板的应力强度因子。结果表明，采用这种计算方法得到了满意的计算效果。     

侧向喷流干扰流场建立与消退过程数值模拟

针对高超声速轨控侧向喷流的非定常干扰效应问题,应用非定常数值模拟方法和多重网格加速收敛技术,研究了锥-柱-裙外形轨控侧向喷流干扰流场的建立和消退过程,获得了详细的喷流瞬时干扰流场结构特性,分析了法向力放大系数、干扰力矩系数、法向力系数及俯仰力矩系数随时间的变化特性。研究结果表明：在侧向喷流干扰流场建立和消退过程中气动力变化较大,存在峰谷值;法向力放大系数及干扰力矩系数的定常值和非定常时均值之间存在明显差异。     

高超声速旋转体气动加热、辐射换热与结构热传导的耦合数值分析

采用流场-热-结构耦合的计算方法,耦合气动加热、辐射换热和结构热传导,互为边界条件进行同步计算,研究了旋转体高超声速的流场和固壁温度分布,并数值模拟了旋转体的外流场和固壁结构温度场的非定常过程。计算结果表明：该数值方法可行,能较好地模拟整个流场和温度场的物理变化过程。     

表面热膜在高超声速边界层中的应用

本文针对标准10°圆锥在不同攻角下边界层的转捩和流动分离现象进行了试验研究.在高超声速情况下,应用表面热膜试验技术测得了10°圆锥在不同攻角下的壁面摩擦应力和动态信号数据.试验研究结果表明表面热膜技术可以成功地应用到高超声速的边界层研究中.所得到的数据有助于正确理解高超声速的边界层的特性.特别是驻点线上,边界层的发展有其特殊的规律.     

有限推力下时间最优轨道转移

研究了一种有限推力作用下的时间最优轨道转移计算方法。以非奇异根素形式的高斯行星摄动方程为基础,由庞德里亚金极小值原理导出正则方程组,通过将最优控制问题转化为协状态初值为待优化参数的参数优化问题,并通过非线性规划求解得到的参数优化问题,从而避开求解两点边值问题的困难。文章最后给出2个算例,分别计算了零倾角零偏心率最优轨道转移和大倾角改变最优轨道转移。计算过程及结果表明本文所用方法对协状态初值猜测敏感性小,收敛迅速;零倾角零偏心率情况下无奇异;所得控制轨线光滑。     

无喷管助推器非定常动边界内流场数值模拟

无喷管助推器依靠药柱的扩张面实现对气流的加速,燃面的线性增加及喉面的指数增加,使其内流场呈现明显的非定常性;侵蚀燃烧、压强的不均匀分布及药柱变形,使无喷管助推器的工作过程十分复杂。通过对FLUENT软件进行二次开发,建立了无喷管助推器的非定常动边界内流场数值模型,考虑了推进剂的点火过程和侵蚀燃烧,可获得各个时刻的燃面位置及内流场分布,从而可对发动机的内弹道性能进行较准确地预示。通过对某无喷管助推器的工作过程进行模拟,内弹道计算曲线与试验曲线吻合得较好。     

马赫数振荡状态下带抽吸槽进气道非定常数值模拟

研究了在来流马赫数振荡状态下带抽吸槽的二维混压式超音速进气道的气动特性,通过给定非定常边界条件,对飞行马赫数为2．2、振荡马赫数幅值为0．154的进气道非定常流场进行了数值模拟。与定常条件下数值模拟结果进行对比,结果显示非定常流场与定常流场有较大差异。在振荡状态下,进气道的性能发生周期性变化,存在一个椭圆形或类似椭圆形的迟滞回路。     

Similarity solutions for oscillating pointed-nose slender axisymmetric bodies — part I: circular cones

Similarity solutions for pointed-nose slender circular cones performing small-amplitude pitching oscillatons in hypersonic flow at zero angles of attack, are obtained in this paper. A three-dimensional unsteady hypersonic flow perturbation theory found recently by the present author for the pitching oscillations of such bodies is further studied here. It is shown that the equations can be reduced to four sets of boundary-value problems on ordinary differential equations by seeking a perturbation solution in the reduced frequency parameter k. Closed-form simple formulas for the stability derivatives are obtained showing the effect of all the parameters included in the problem except k. The obtained results show good agreement with the few available results.     

火箭低空级间热分离初期流场特性数值模拟

采用耦合求解轴对称非定常NS方程与一维分离动力学方程的方法,对多级火箭低空级间热分离初期过程进行数值仿真。依据仿真结果描述低空级间热分离初期流场的两种典型结构：内部为喷管扩张段流动分离以及外部为级间缝隙横向喷流与超声速外流的干扰流场;给出两种典型流场结构中位于上面级弹体表面（喷管内）的流动分离点位置以及壁面压力分布随仿真时间的变化;初步估算流动分离线偏斜时内外流动分离区域对上面级弹体的干扰力矩。通过分析数值模拟与力矩估算结果,发现在低空级间热分离内外流场中流动分离激波后方形成的高压区域是上面级所受干扰力矩的重要来源。研究结论可为级间热分离过程干扰机理研究提供理论方向,为级间热分离时序设计提供参考。     

Singularity avoidance of control moment gyros by one-step ahead singularity index

A steering law of control moment gyros for spacecraft attitude control by using one-step ahead singularity index is addressed in this paper. In some recent studies, the null motion approaches or singularity robustness steering laws have been extensively investigated to avoid singular configurations for a control momentum gyro (CMG) cluster. As a novel approach different from them, the proposed approach is based on optimization technique by minimizing the one-step ahead singularity index. Modified approaches are also presented in this paper. The proposed one-step prediction method ultimately gives an optimized solution of gimbal rates with advanced ability to avoid a singularity. A singularity index for reliable computation of a gradient vector is also introduced. Finally, performance of the proposed algorithm is demonstrated by numerical simulations.     

大气中激光等离子体通道的传播特性分析

对大气中激光等离子体通道的传播终端特性进行了研究。建立了大气中激光等离子体通道的近似电磁模型,基于圆柱坐标系中纵向分量所满足的波动方程,给出了纵向场与横向场的关系,由边界条件导出了大气中激光等离子体通道的特征方程。特征方程的数值解获得了相应色散曲线。     

Shock tube study of boundary layer instability

An experimental study of the spatio-temporal evolution of the transition in a shock-tube wall boundary-layer has been carried out with thin film heat transfer gauges placed all along the tube. The results show that the transition appears, for small initial pressures, under the form of turbulent spots which are periodically created: these spots grow and are transported roughly at a velocity slightly smaller than the inviscid flow, regressing towards the contact surface. For higher initial pressures, a continuous transitional front is created which moves at about the same velocity as the shock-wave. These results seem to explain previous and often contradictory interpretations based on quasi-punctual measurements but the fact remains that the characterization criteria of the transition in unsteady boundary layers are still to be studied.     

圆轨道欠驱动航天器编队重构脉冲控制

针对圆轨道径向或迹向欠驱动航天器编队重构控制问题,提出了欠驱动脉冲控制方法。首先,基于圆轨道欠驱动航天器相对运动动力学模型,分析了两类欠驱动条件下的系统可控性和重构可行性。然后,解析推导了两类欠驱动条件下实现重构所需的最少脉冲次数以及对应的速度增量消耗。最后,设计数值仿真算例,验证了本文提出的欠驱动脉冲控制方法的正确性。仿真结果表明:径向和迹向欠驱动条件下均可实现圆轨道编队重构。与全驱动控制方法相比,欠驱动控制方法可有效避免由推力器故障引起的重构任务失效,故而提高了控制系统的灵活性与可靠性。     

可重复使用运载器级间分离过程研究

级间分离过程中，可重复使用运载器受到非定常扰动，可能会造成分离失败。为研究级间分离过程中可重复使用运载器运动特性及周围流场分布随分离高度的变化情况，建立航天器和运载器的运动方程，使用动网格技术和有限体积法求解N-S方程。研究结果表明：随着级间分离高度的升高，气动力不断减小，非定常扰动对分离产生的影响越来越小；分离过程中，航天器和运载器的平动速度差较小，角速度差越来越小，最大差值从30 km高空的0.427 rad/s减小到50 km 高空的0.1 rad/s，二者之间的最小距离变大，更有利于安全分离。     

多体分离抛撒初条件与分离特征参数

多次风洞自由飞多体分离抛撒实验均证实了被抛撒物运动初条件对抛离成功与否有决定性影响;为此可采取"戴帽"措施;但数值计算结果与此相反,因而需深入开展研究,解决问题。常规形式的风洞测力方法,无法模拟各分离体之间很大的相对速度。分离过程中"特征时间"是很小的,因而风洞实验以及数值计算必须计及非常小的"特征时间"所反映的非定常气动力。多体分离的实践表明,至少在快速分离过程中运动动力学相似是必需的。     

陆海交界区与运动目标复合散射的矩量法研究

为了满足陆海交界区域上方雷达目标检测、识别和分类等的需要，对陆海交界区域表面与上方运动目标复合散射特性进行了研究。采用Monte Carlo方法结合皮尔森-莫斯科维茨(pierson-moskowitz，PM)海谱、Texel-Marsen-Arlose(TMA)海谱与指数功率谱分别生成深水海域海面、有限深海域海面和海岸地貌表面，参照国际无线电咨询委员会推荐的介质反射系数图表模拟海水与海岸的介电常数，运用矩量法计算了陆海交界区域表面与其上方运动圆形截面柱的复合散射系数，得出了复合散射系数的角分布曲线，分析了圆形截面柱分别在深水海域海面、有限深海域海面与海岸地貌表面横向平移、纵向平移对复合散射系数的影响，同时还分析了圆形截面柱分别移动至海岸地貌表面、有限深海域海面、深水海域海面对复合散射系数的影响。数值计算结果表明，复合散射系数随散射角振荡的变化，圆形截面柱在海岸地貌表面与深水海域海面上方的纵向平移对复合散射系数影响较为显著，而圆形截面柱在有限深海域海面上方的移动对复合散射系数的影响比较复杂，且当圆形截面柱沿陆海交界区域表面移动时，复合散射系数会受到较大的影响。     

Recent Advances in the Theoretical and Applied Study on Compressible Turbulent Flow over Aerospace Vehicles

This paper focused on the fundamental and applied research of turbulent flows encountered in the hypersonic flight of aerospace vehicles,which take place in the boundary layer and mixing layer.As to the plate boundary layer,LES approach has been used to simulate the flows over compression corners and incident shock waves,revealing that turbulent flows would significantly inhibit the boundary layer separation caused by shock wave-boundary layer interaction(SWBLI).The boundary layer transition over a circular cone has been analyzed through stability analysis and wind-tunnel test,by which the angle-of-attack effect in case of small angle of attack has been studied.Non-linear evolution process and secondary instability structure in the supersonic mixing layer(Mc=0.5) were initially figured out through the study of mixing layer,and knowledge of the flow control mechanism of the boundary layer and mixing enhancement mechanism of the mixing layer has been obtained through this research.Artificial boundary-layer transition technique based on subharmonic resonance has been proposed and applied to the flow control in a scramjet inlet,inhibiting the flow separation of the boundary layer while improving the inlet performance.To guarantee the mixing of kerosene and supersonic airflow in the scramjet combustor,the mixing enhancement method based on subharmonic resonance has been adopted and a concept of combustor with smooth wall and low internal drag has been proposed for ignition and stable combustion.Finally,future turbulence research and technological development of aerospace vehicles is predicted.     

空间机械臂动力学奇点与回避

本文导出空间机械臂非完整约束方程，讨论自由漂浮系统动力学奇点问题，对冗余和非冗余系统分别提出避免奇点的方法，对平面运动情形得到减少奇点出现的工程方法。文中附有算例。     

充液航天器变质量液体大幅晃动的SPH分析方法

本文基于非惯性系下的光滑粒子流体动力学(SPH)方法,在以虚粒子设置缓冲层的开口边界处理方法基础上,提出一种流出流量可控的出口边界处理方法,能够根据当前时刻航天器的姿态信息和充液比,计算该动力学时间步下变质量液体晃动对航天器产生的作用力和作用力矩,使得航天器系统动力学的闭环仿真成为可能.最后,通过与计算流体动力学(CF...     

火星进入器壁面脉动压力环境数值模拟

为研究跨超声速阶段来流马赫数、来流攻角及配平翼展开角的变化对进入器壁面脉动压力环境的影响规律,本文采用脱体涡方法对火星进入器模型开展非定常数值模拟,获取壁面不同位置处的脉动压力信息。研究表明：在跨超声速阶段,进入器壁面脉动压力环境随马赫数的增加而趋于减缓。配平翼迎风面分离区受脱体激波影响明显,当来流马赫数较小时,可压缩效应较弱,分离区涡流运动剧烈,诱导的脉动压力环境较强;随着来流马赫数的增加,脱体激波对分离区抑制作用增强,分离区运动受到限制,诱导的脉动压力环境趋于平缓。此外,随着来流攻角增加,配平翼迎风面上再附点的位置向翼根方向转移,从而使翼根处的脉动压力环境趋于恶劣。当配平翼展开180°时,分离区再附点位置基本固定,配平翼迎风面脉动压力环境得到一定程度的减缓。功率谱分析表明,在配平翼迎风面上诱导的脉动压力能量主要集中在中低频区域。