数值微分的小波最小二乘方法

给出了利用小波求解数值微分的方法.将微分问题转化为等价的第一类Fredholm积分方程,然后选取小波基,使用最小二乘求解该积分方程.我们给出的分析框架容许使用具紧支集的小波,利用正则化保证了计算的稳定性.数值计算实例表明,本方法稳定,运算速度快,计算精度高.     

改进的小波均匀化方法求解小周期系数抛物型方程

对传统的小波数值均匀化方法通过加入逐层修正的步骤进行了改进,并将改进后的方法用于求解具有小周期系数的抛物型方程。数值算例结果表明：在保持较高计算效率的同时,改进后的方法比改进前方法在精度方面有明显的提高。因此,改进后方法是小周期系数抛物型方程的一种高效率、高精度的数值求解方法。     

二维带动力吸气式高超声速飞行器绕流的PNS-NS混合求解

为了提高吸气式高超声速飞行器绕流的求解效率,采用空间推进求解抛物化PNS(parabolizedNavier-Stokes)方程和时间迭代求解Navier-Stokes(N-S)方程的混合计算流体动力学(CFD)方法来求解高超声速飞行器整机绕流.在超声速占主导的流动区域采用空间推进求解抛物化N-S方程的方法,在亚声速和分离区采用时间迭代求解N-S方程的方法.对于求解二维带化学反应的吸气式高超声速飞行器绕流,混合CFD方法和完全时间迭代方法相比,可得到同等准确的数值模拟结果,并且求解效率提高了数倍.      

旋翼三维非定常跨音速绕流的数值模拟

 利用小扰动位势方程，用有限差分方法求解了旋翼跨音速流场。导出了严格的三维非定常位势方程远场无反射边界条件，并成功地用于数值计算中，缩小了物理求解域的空间尺度。采用了贴体坐标和网格加密技术，以得到合理的非均匀网格分布。应用较少的网格点数成功地计算了无升力情况下旋翼的三维非定常亚、跨音速绕流流场，得到了与实验结果符合良好的数值解     

一种新的用于MHD方程逆风格式的Jacobian矩阵分裂方法

针对理想MHD方程,提出了一种新的基于MacCormack算法的雅可比矩阵分裂方法,克服了原有方法稳定性差的问题,并成功地应用于理想MHD方程的求解.控制方程在非结构混合网格上进行空间离散,其中对流项采用本文发展的逆风向量分裂格式,并引入了双曲型磁场散度清除技术,时间推进为显式5步龙格-库塔方法.对MHD激波管流动和带均匀磁场干扰的二维高超声速钝头体绕流流场进行了数值模拟,得到了与参考文献相吻合的数值结果,表明本文发展的数值分裂方法可以有效地捕捉MHD流场的流动特征,并且具有比MacCormack方法更高的稳定性和计算精度.     

模拟存在运动激波流场的无网格自适应算法

将无网格自适应算法发展用于求解存在运动激波的非定常流动问题。为了降低初始布点要求,同时提高对运动激波的分辨率,提出了一种结合点云加密和点云粗化的动态点云技术。采用该技术,在非定常计算的每一个时间步,首先通过基于压强梯度的流场探针识别出激波所在位置,然后对激波附近点云进行加密,从而提高对激波的分辨率,同时对远离激波的点云进行粗化,尽可能减少冗余节点,提高计算效率。采用所提出的无网格自适应算法求解了N-S方程,首先对一维运动激波问题进行了数值模拟,通过将数值模拟结果与精确解比较,验证了所提算法求解存在运动激波的非定常流动的可行性,在此基础上,将方法推广用于二维非定常流动问题的求解,分别对瞬时激波碰撞圆柱以及双弧翼型激波振荡流动进行了数值模拟,计算结果表明,方法可以显著提高对激波的分辨率,同时相对于直接采用较密布点的非自适应算法,自适应算法在计算效率上具有优势。     

基于雷达散射截面约束的气动优化设计

采用拉格朗日乘子法优化设计了雷达散射截面约束条件下的锥形融合气动外形.拉格朗日乘子法中的极小化问题采用动态演化的优化设计方法求解.该方法是一种基于非定常演化的优化设计方法,即在求解非定常流动支配方程的时候同时履行优化过程,较其它基于定常解的优化方法具有高得多的计算效率.其中的雷达散射截面通过求解非结构的笛卡儿网格上的时域麦克斯韦方程来得到,而升阻比则通过求解锥形流方程来计算.通过优化设计,得到了M∞=8.0时,升阻比为4.98,雷达散射截面只有1.66m2的锥形融合气动外形.     

具有时变刚度传动误差及间隙的齿轮系统动力学分析

建立了 ４ 自由度的直齿圆柱齿轮系统的非线性动力学方程。该方程包含了时变啮合刚度、传动误差及间隙。利用齿轮结构的旋转对称性,提出了用一个啮合齿对上的参数表示其它啮合齿对上参数的方法。为了求解方程,提出了一种有效的数值方法——基于打靶法的局部参数化延拓法。该方法不但能够得到非线性振动微分方程的周期解,而且特别适合处理含奇异点的非线性特征值问题。最后给出了一个数值计算示例。     

非结构多重网格流场数值模拟研究

本文在非结构网格上应用多重网格技术来加速Euler方程的收敛过程。此方法在一系列粗网格和细网格之间进行值的传递，并且粗网格和细网格之间结构上无关。在每一重网格上用有限体积法进行计算。采用本文的方法数值求解了NACA0012翼型的绕流。     

涡轮叶栅叶型损失的数值模拟方法

给出了一个计算亚、跨音涡轮叶栅叶型损失的数值计算方法。主流采用时间推进有限体积法求解积分型欧拉方程,并采用了局部网格修正技术;附面层采用全隐格式求解有限差分方程;在叶栅出口与远后方均匀流之间进行了叶片尾迹与主流的掺混损失计算。算例表明本文的数值方法可准确地预测涡轮叶栅的叶型损失。     

基于小波奇异分析的流场计算方法及应用

首次将三维小波以及二维小波奇异性分析的思想引进三维以及二维复杂流场的数值计算,发展了一种高效率、高精度、高分辨率的方法.该算法的核心是获取流场中物理量在不同空间点的Hlder指数α,而该指数α的获取又依赖于小波变换以及高维(即二维或三维)小波分析技术.在三维与二维欧氏空间中,为进行小波多分辨分析,需要在尺度空间与小波空间分别引进尺度基与小波基.对二维问题,尺度基与小波基的基底要由1个尺度函数与3个小波函数组成,而三维时要由1个尺度函数和7个小波函数组成.借助于小波奇异分析所找到的流场中奇异点区域与光滑区域,便可分别选用高分辨率、高精度的WENO(weighted essential non-oscillatory)格式与高精度中心差分格式进行流场的离散求解.一系列二维(即,①二维前台阶问题的Euler流;②二维双马赫反射的Euler流; ③著名的二维Riemann问题;④跨声速RAE2822翼型二维绕流; ⑤跨声速VKI-LS 59二维涡轮叶栅绕流)与三维(即,⑥跨声速轴流压气机转子NASA(National Aeronautics and Space Administration) Rotor 37三维黏性绕流;⑦跨声速风扇转子NASA Rotor 67三维黏性绕流)算例表明:该方法的计算效率比传统的WENO格式有较大的提高,大部分典型算例能够提高3~5倍,而且可以获取复杂流场中高分辨率的激波结构以及涡系分布,可以得到与有关实验数据较为吻合的数值结果.      

基于连续同伦算法的天基仅测角初定轨方法

要进一步提高天基短弧初定轨的精度,在观测资料精度较高的情况下,仅考虑二体问题是不够的,还应考虑轨道摄动的影响。因此,基于无摄初轨的单位矢量法原理和矢量斜分解方法,给出了考虑摄动的天基仅测角初定轨单位矢量法。针对天基仅测角观测条件方程组求解过程中易出现迭代不收敛或收敛到平凡解的问题,引入连续同伦算法求解观测条件方程组,提出了单星观测方式下的空间目标天基仅测角初定轨方法,并通过数值仿真算例验证了该算法在较大范围的收敛性和数值稳定性。     

子波域自适应滤波方法

推导和给出了噪声能量阈值的理论计算公式,并提出了一种实时估计信号噪声方差的有效方法,从而构成形式完整和实用的自适应相关计算子波阈滤波算法。仿真计算和分析表明：给出的方法具有良好的自适应性能和显著的滤波效果,在有效去除噪声的同时,很好保留了信号的主要细节。     

基于小波变换与粗糙集的雷达目标识别方法

雷达目标识别是防空武器系统雷达信息处理的一个关键环节.在小波变换与粗糙集基础上提出一种雷达目标识别方法.小波变换能够提高了时--频分频率;粗糙集理论是一种新型的处理不确定性知识的数学工具.利用小波变换对目标原始信息进行分解,得到目标的能量特征向量;通过粗糙集简化关系表,删去冗余信息,用逻辑推理算法表示判别规则.应用小波变换与粗糙集能够满足利用不精确信息进行目标识别的需要.     

惯性参数不确定的自由漂浮空间机器人自适应控制研究

针对自由漂浮空间机器人系统惯性参数不确定问题,提出一种笛卡儿空间内的自适应轨迹跟踪控制方法。采用扩展机械臂模型建立了自由漂浮空间机器人关节空间动力学方程,进而推导笛卡儿空间中的自由漂浮空间机器人动力学方程。在基于逆动力学法的自由漂浮空间机器人自适应控制器设计中,利用标称控制器离线固定控制参数与补偿控制器在线补偿方法,既可以保证惯量矩阵可逆,又可以使控制参数实时估计。采用Lyapunov方法的稳定性分析表明系统是稳定且渐进收敛的。最后,应用该控制方法对两杆平面自由漂浮空间机器人进行了仿真研究。仿真结果显示自由漂浮空间机器人末端执行器在笛卡儿空间具有良好的轨迹跟踪能力。     

蜂窝夹层板动力分析的Hamilton体系与辛算法

将蜂窝夹层板动力分析从Lagrange体系改换为Hamilton体系。通过作者早已提出的一条简单而统一的新途径,建立了蜂窝夹层板动力学的相空间非传统Hamilton变分原理,并从该原理推导出相应的Hamilton正则方程、边界条件与初始条件。然后基于这种相空间非传统Hamilton变分原理,提出蜂窝夹层板动力响应分析的辛空间有限元-时间子域法,算例的数值结果表明,这种新方法的计算精度与效率都明显高于国际上常用的Wilson-θ法和Newmark-β法。     

再入机动飞行器气动特性的数值计算和近似计算方法

本文提供了改进的空间Euler方程推进方法和稳定方法,可有效地计算再入机动飞行器的流场,然而,这种数值方法计算再入飞行器的气动特性耗机时多,经费昂贵。 本文发展了一种新的近似计算方法,其计算结果与数值解和试验相比相当吻合,计算机时仅为数值计算的0.2％,对于工程应用,该方法是有数的工具。     

Prediction of nonlinear pilot-induced oscillation using an intelligent human pilot model

This paper proposes a method to predict nonlinear Pilot-Induced Oscillation (PIO) using an intelligent human pilot model. This method is based on a scalogram-based PIO metric, which uses wavelet transforms to analyze the nonlinear characteristics of a time-varying system. The intelligent human pilot model includes three modules: perception module, decision and adaptive module, and execution module. Intelligent and adaptive features, including a neural network receptor, fuzzy decision and adaptation, are also introduced into the human pilot model to describe the behavior of the human pilot accommodating the nonlinear events. Furthermore, an algorithm is proposed to describe the procedure of the PIO prediction method with nonlinear evaluation cases. The prediction results obtained by numerical simulation are compared with the assessments of flight test data to validate the utility of the method. The flight test data were generated in the evaluation of the Smart-Cue/Smart-Gain, which is capable of reducing the PIO tendencies considerably. The results show that the method can be applied to predict the nonlinear PIO events by human pilot model simulation.     

A Class of TVD Type Combined Numerical Scheme for MHD Equations With a Survey About Numerical Methods in Solar Wind Simulations

It has been believed that three-dimensional, numerical, magnetohydrodynamic (MHD) modelling must play a crucial role in a seamless forecasting system. This system refers to space weather originating on the sun; propagation of disturbances through the solar wind and interplanetary magnetic field (IMF), and thence, transmission into the magnetosphere, ionosphere, and thermosphere. This role comes as no surprise to numerical modelers that participate in the numerical modelling of atmospheric environments as well as the meteorological conditions at Earth. Space scientists have paid great attention to operational numerical space weather prediction models. To this purpose practical progress has been made in the past years. Here first is reviewed the progress of the numerical methods in solar wind modelling. Then, based on our discussion, a new numerical scheme of total variation diminishing (TVD) type for magnetohydrodynamic equations in spherical coordinates is proposed by taking into account convergence, stability and resolution. This new MHD model is established by solving the fluid equations of MHD system with a modified Lax-Friedrichs scheme and the magnetic induction equations with MacCormack II scheme for the purpose of developing a combined scheme of quick convergence as well as of TVD property. To verify the validation of the scheme, the propagation of one-dimensional MHD fast and slow shock problem is discussed with the numerical results conforming to the existing results obtained by the piece-wise parabolic method (PPM). Finally, some conclusions are made. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.