虚构解方法程序验证

对求解偏微分方程问题的程序的严格验证,一直以来由于其精确解有限,较难进行,针对这种情况,本文给出了一种新的程序验证方法,虚构解方法,该方法旨在解决大型科学计算程序如何较严格地进行程序验证这一问题;该方法通过构造虚构解,修改原控制方程,然后通过对计算结果的分析处理达到对程序的精确验证;文中给出了一组通用的虚构解的选取办法,解决了虚构解方法验证过程中确定虚构解的问题;同时还给出了运用该方法对非结构二维Euler计算程序进行验证的具体例子,网格收敛分析结果表明该方法是一种有效的程序验证方法,并且具有较好的通用性。     

叶轮机械大规模CFD并行计算方法应用验证

针对叶轮机械全环模型在大规模数值模拟中的计算需求,结合叶片通道模型的周期性特征,提出了一种创新的分层几何区域分解方法.这种方法通过有效地分解计算任务,实现了在不同计算核心间的负载均衡,优化了并行计算效率.在具备300PFlops(每秒3×1017次浮点计算)和200PFlops(每秒2×1017次浮点计算)计算能力的高性能计算平台上,本方法能够在1～6 h内完成1.8亿网格规模的多级压气机全环求解.通过对多个典型叶轮机械的算例分析,全面验证了所提出并行方法的性能和计算精度.结果表明,各模型的计算结果与实验数据高度一致,计算误差不超过6%,确保了计算准确.在万核规模的计算任务中,所采用的并行计算方法能够实现线性加速,并行效率在90%以上,证明了其在大规模计算中的高效性.此外,本方法在国产高性能计算平台上同样表现出良好的可移植性和适应性,充分展示了其在不同硬件架构上的广泛适用性及有效性.     

网格之间流场信息传递的高精度方法和验证

理论分析了插值方法引入误差的原因,提出一种利用时间推进方法和移动网格技术实现网格之间流场信息传递的思想,并构造计算方法。在介绍新的信息传递算法原理的基础上,根据三维情况下传递过程需要满足的时间推进步长稳定性条件,推导出最小推进步数的要求。最后,通过对激波诱导物体运动的非定常流动模拟,比较了信息传递算法和线性插值、加权最小二乘插值方法,计算结果表明,与插值方法相比,信息传递过程没有引入误差,能有效抑制非物理振荡,保持流场计算精度。     

CFD数学模型的线性化方法及其应用

计算流体力学(CFD)方法不仅仅起到数值模拟的作用,它本身是一个复杂的非线性系统。在流动稳定性分析、气动弹性分析、优化设计以及流动控制等领域,从系统的角度出发,对CFD数学模型线性化后,可以对模型的系统矩阵进行定量分析获得更多的系统特性。但是CFD数学模型往往非常复杂且阶数很高,因此其线性化系统矩阵的获得比较困难。鉴于此,采用人工编程和自动微分相结合,构造有限体积法并行CFD模型的线性化系统矩阵。其中自动微分只被用来得到每个界面通量的局部雅可比矩阵,而采用人工编程方法来实现并行环境下的稀疏雅可比矩阵的组装。线性化系统的并行求解采用了块雅可比预处理的广义最小残量法,每个并行进程内部则采用零填充不完全LU分解预处理。为了验证这种线性化方法,上述方法被用于:① NACA 0012翼型的非定常绕流线性系统构造与求解;② NACA 0012翼型稳态流动的伴随方程构造与求解;③ AGARD wing 445.6机翼颤振问题降阶建模。上述三个算例的结果与CFD模拟的吻合一致。     

基于网格缩小的非结构网格梯度重构及制造解精度测试与验证

网格收敛性研究是验证与确认中的重要手段,本文针对一般非结构网格难以自相似加密的问题,实现了基于网格缩小的精度测试方法。在典型的各向同性和各向异性拉伸网格上,利用网格缩小精度测试方法分别考察了梯度重构精度以及制造解流动模拟精度,将网格缩小精度测试结果与传统的网格加密精度测试结果以及理论分析结果进行对比,验证了网格缩小精度测试方法与网格加密精度测试方法及理论分析的一致性。最后将网格缩小精度测试方法应用到各向异性拉伸网格粘性制造解精度测试中,得到了预期中的结果,并初步考察了梯度重构方法、网格类型对数值模拟精度的影响,显示出网格缩小精度测试方法在一般非结构网格精度测试上的优势,具有一定应用前景。     

基于CFD数值仿真技术的飞行器动导数计算

为了研究表征飞行器动态稳定特性的动导数,结合计算流体力学方法,基于滑移网格技术,采用小幅度强迫振动法和差分法两种非定常方法,推导了俯仰组合动导数以及滚转阻尼导数的计算表达式,并结合多参考系模型采用准定常方法计算滚转阻尼导数。建立了基于计算流体力学技术的飞行器动导数计算方法。对国际动导数标模Finner导弹进行了计算验证。两种非定常方法对俯仰组合动导数的计算误差分别为0.65%、6.13%,对滚转阻尼导数的计算误差分别为2.5%、0.06%。求解滚转阻尼的准定常方法对于滚转阻尼导数的计算误差为2.67%。三种方法的计算结果与风洞试验结果吻合的很好。非定常方法计算精度高,准定常方法可以快捷迅速得到结果。本文的数值方法不仅适用于超声速,同样可以用于亚、跨声速时的动导数计算。     

一种基于求解椭圆型方程的结构动网格生成方法

基于椭圆型网格生成法,实现了一种简单高效的贴体结构动网格生成方法,可用于具有移动边界问题的非定常流动数值模拟。该方法提出,在网格变形过程中,Poisson方程需要的控制网格间距和正交性的源项可以通过提取已知的静态网格源项直接得到,并在整个动网格生成过程中保持不变。因此,在椭圆型网格生成中需要通过外迭代确定源项的过程可以得到省略,而且该方法不需要人工指定参数。这使得方法具有高效和易于嵌入到已有程序中的特点。数值模拟结果证明,采用这种方法获得的网格能够较好地保持静态网格原有的正交性和光滑性,在相同迭代步数约束下,网格求解效率低于传统弹簧模拟法,但鲁棒性优于弹簧模拟法。     

FDTD算法中的时空匹配问题及其解决方法研究

 分析指出了目前FDTD算法中的数值收敛条件破坏了其中的实际物理关系,导致了时空不匹配问题的存在,从而造成计算过程中计算量的激增和计算效率的低下,限制了FDTD算法在飞机的RCS目标特性分析过程中的实际应用。提出了对于FDTD算法进行改进的新方法,同时保证了算法中的内在物理关系和计算的收敛性,提高了计算效率和实用性。应用改进后的FDTD算法进行了简谐波在一维多层介质中的传播仿真和全反射理想基底多层介质的传播仿真,所得计算结果与理论分析结果完全吻合。同时根据仿真结果得到了电磁波在多层介质传播中的几个规律。     

基于广义Richardson外插方法的阻力预测精度分析

利用计算流体力学(CFD)方法预测阻力是飞行器气动设计中的关键环节。采用广义Richardson外插方法分别对数值方法预测二维简单构型的压差阻力、摩擦阻力和三维复杂构型的总阻力的精度进行了分析。在NACA 0012翼型无黏绕流和平板湍流边界层两个算例中验证了NSAWET程序和广义Richardson外插方法,分别得到数值算法预测压差阻力和摩擦阻力能达到的名义精度。进而模拟三维通用研究模型(CRM)翼身组合体绕流,得到的阻力名义精确值在DPW 5的统计误差带范围之内;综合DPW 5的计算结果来看,不同CFD解算器的结果之间存在一定差别,阻力预测精度总体上不符合二阶。可见,标准Richardson方法采用的二阶精度假设难以普遍适用,有必要采用广义Richardson外插方法得到名义精度。针对不合理的名义精度,采用Roache建议的方法加以限制。广义Richardson外插方法有助于提高误差分析的合理性,可以进一步降低网格对阻力预测的影响。     

CFD模拟方法的发展成就与展望

传统的雷诺平均方法（RANS）已经不能满足大范围分离、激波振荡、压力脉动、动载荷等极端工况下的流动预测需求;大涡模拟（LES）、直接数值模拟（DNS）等方法资源耗费多、效率低,离工程湍流问题仍较为遥远。RANS-LES混合方法结合了RANS高效率和LES高精度的特点,近期有望大规模应用到工程湍流问题中。首先对现有的RANS-LES混合方法进行了归类,对各自的构造思想、特点进行了分析。然后报告了脱体涡模拟（DES）类方法的发展历程和现状,讨论了使用DES类方法计算分离流动时,对流项离散格式对分离特性、小尺度结构及频谱特性等的影响,并构造了自适应耗散函数。最后介绍了近年来国内外RANS-LES混合方法在宽马赫数范围（马赫数从0.1到20）内的机理研究和工程应用。现有的以DES类方法为代表的RANS-LES混合方法能够较为精细地模拟非定常大分离流动中的复杂现象,但在计算效率等方面还有较大的改进空间;植入式DES方法在模拟全机带部件流动上具有较高的效率和模拟精度,是重要的发展方向。RANS-LES混合方法在动态失速、燃烧、气动弹性、气动噪声、气动光学等与非定常流动密切相关的方面也有广阔的应用前景。     

固液相变问题的边界元法数值解

相变问题的数值计算方法有多种,本文用边界元法解应用工程中常见的相变导热问题。     

污染度测试采样容器的验证方法

为了在保证污染度测试准确性、认证符合性的同时降低生产成本,参照污染度测试现行标准,提出了一次性低成本采样容器的验证方法,并以某型医用聚酯塑料瓶为对象进行了验证试验,旨在为以产品质量控制为目的的污染度测试提供经验借鉴。     

Natural Resonances of Radar Targets Via Prony's Method and Target Discrimination

The dominant complex natural resonances of radar targets are obtained via Prony's method applied to calculated and measured back-scattered ramp response waveforms. Subject targets are spheres, simple wire models of straight and swept wing aircraft, and realistic models of modern fighter aircraft. It is demonstrated that when the backscattered ramp response waveforms are obtained via Fourier synthesis of limited spectral range harmonic scattering data, some resonance locations at variance with those obtained from reaction integral equation search procedures are obtained. It is also shown, however, that the Prony deduced resonances can be used successfully in predictor-correlator target discrimination.     

Parameter Optimization of a Nutation Damper Via the Second Method of Liapunov

The principle of parameter optimization of a linear time-invariant system via the second method of Liapunov is applied to optimize the parameters of a nutation damper suggested recently. Numerical results are derived, and it is indicated that the present values of optimum parameters agree closely with those obtained earlier by an approximate method.     

航空涡轮发动机燃油牌号批准的适航符合性验证思路

航空燃油的特性会影响发动机的性能和安全,对燃油的审查和批准是发动机适航审定的重要方面.目前,国内对于燃油牌号的适航审定没有相应的指导文件.本文通过对适航规章33.7(c)(2)条款的实质要求进行梳理,总结燃油牌号适航审定的符合性验证思路,形成燃油批准的一般流程,并针对不同燃油牌号的使用情况给出相应的符合性验证思路.     

空间站维修性系统设计与验证方法研究

空间站在轨运行时间长,因此需采用维修性设计和在轨维修的方法实现长寿命高可靠在轨运行。根据维修性设计理论,结合工程实际,提出了基于产品特性分析的维修需求分析方法和维修支持下的可靠度计算方法。明确了系统维修性设计应包括布局、供电、信息、故障检测、维修工作模式等设计内容。并根据维修难度,提出了四级维修策略。最后根据在轨维修特点,提出了地面试验验证和仿真验证的方法。为空间站系统维修性设计提供了一个技术途径。     

一种微内核分区操作系统C库的适配验证方法

针对传统C库的开发和适配方法存在的局限性问题,提出一种基于微内核架构的嵌入式分区操作系统新C库的适配验证方法,依次对基于微内核架构的嵌入式分区操作系统之上C库的总体部署方案、初始化过程、典型功能模块的适配开发方法进行了详细阐述;搭建相应的硬件测试环境,在恩智浦公司的四种硬件平台上对开发和适配的C库进行了相应的功能测试和验证,提出了三个创新点.     

空空导弹挂装精度的校靶方法

载机在发射导弹前,大部分都存在一个动基座对准过程,动基座对准的精度大小直接关系到导弹在发射后能否按照载机指示截获跟踪目标.导弹在载机上的挂装精度是影响动基座对准精度的因素之一.该文介绍了一种空空导弹挂装精度的校靶方法.     

支持多路混合电压边界扫描链测试的适配方案

从边界扫描链的基本结构和边界扫描链的构建原则入手,提出了一种支持电路板上多路混合电压边界扫描链测试的适配方案,有效解决了同一电路板上混合电压的边界扫描链不能用同一JTAG控制器测试的问题.该适配方案可将电路板上不同电压的边界扫描链路经电平转换后由用户自主选择是分链测试,还是构成一条链路进行测试.该适配方案灵活简便,可增强芯片间的互连测试能力,并提高电路板的测试覆盖率.