旋成体轴对称跨声速全位势流的高效差分算法

本文用守恒型全位势方程,贴体坐标网格,对旋成体轴对称跨声速绕流的差分数值计算方法进行了研究;根据最佳收敛准则,提出了轴对称情形的AF2迭代算法,并将此算法应用于半球头柱体、弹体等各种外形的旋成体。与一般方法仅适用于亚声速自由流不同,本计算可从亚声速、跨声速自由流一直到低超声速自由流。计算结果表明,本文方法收敛快,与实验及其它方法的结果符合较好。     

多体分离数值模拟及方法验证

利用自主研发的混合网格Euler／RANs方程解算软件WoF90以及六自由度动力学与运动学方程解算程序,采用脚本语言技术实现网格的自动生成,建立了一套可用于多体分离问题的准定常Euler流动非结构网格方法。通过AEDC算例对非结构准定常Euler方程方法解决多体分离问题进行了计算研究,验证了方法的可行性。     

蜗壳流场中确定分流线的原理和有限元的迭代计算

计算蜗壳内二维位势流动的最大困难是如何确定分流线。本文提出了确定分流线的原理和方法,并用有限元法成功地进行了迭代计算。     

自吸气脉冲爆震发动机超声速进气道气动性能的数值研究

采用有限体积法计算了某轴对称超声速进气道,在不同幅度和频率的出口扰动压强下的进气道内结尾正激波的运动情况,得出了进气道内结尾正激波运动特性和扰动压强的频率和幅度的关系。在计算中,本文采用了多块结构化网格,控制体积的界面无粘通量采用三阶迎风格式插值获得,同时采用了minmod通量限制器,以确保在激波处的解的物理特性;扩散通量采用二阶中心差分格式插值获得。定常计算采用当地时间步法,非定常计算采用双时间步法。离散的代数方程采用交替方向迭代法求解。     

固体火箭发动机内流场分区耦合数值计算

采用分区耦合方法计算固体火箭轴对称燃烧室与喷管流场。对于低速的燃烧室流场，选用不可压流的Ｎ－Ｓ方程描述并用ＳＩＭＰＬＥＣ方法数值求解；对于高Ｒｅ数的喷管流场，则采用Ｅｕ－ｌｅｒ方程描述并用ＳＣＭ方法求解。计算时用燃烧室出流为喷管流场提供入口参数，同时用喷管流场压强分布反馈影响燃烧室流动状况。对耦合边界条件处理方法进行了探讨。对典型的侧壁加质燃烧室与喷管流场进行了计算，计算结果揭示了单独喷管流场计算难以反映的喷管收敛段近壁区的低速区域，与已有的燃烧室流场实验结果一致并反映了燃烧室与喷管流场之间的联系，较好地模拟了流动中的物理现象。     

基于非结构动态网格的翼型积冰过程数值模拟

讨论了积冰气象条件下翼型积冰过程的非结构动态网格数值模拟方法。外部无黏绕流流场采用基于非结构网格的分布式并行计算技术,空间离散采用VanLeer迎风有限体积格式,时间推进为5步显式龙格 库塔方法。采用四阶龙格 库塔方法求解过冷水滴运动轨迹方程,使用了一种合理、简单的物面水积冰量计算方法,提高了计算效率。使用非结构动态网格技术对积冰后的翼型网格进行快速调整。在对NACA0012翼型积冰形状进行校核验证后,对某型飞机在积冰气象条件下飞行时翼型积冰过程进行了数值模拟,得到了与参考文献结果相符的冰形特性。     

基于非结构动态网格的翼型积冰过程数值模拟

讨论了积冰气象条件下翼型积冰过程的非结构动态网格数值模拟方法.外部无黏绕流流场采用基于非结构网格的分布式并行计算技术,空间离散采用VanLeer迎风有限体积格式,时间推进为5步显式龙格-库塔方法.采用四阶龙格-库塔方法求解过冷水滴运动轨迹方程,使用了一种合理、简单的物面水积冰量计算方法,提高了计算效率.使用非结构动态网格技术对积冰后的翼型网格进行快速调整.在对NACA0012翼型积冰形状进行校核验证后,对某型飞机在积冰气象条件下飞行时翼型积冰过程进行了数值模拟,得到了与参考文献结果相符的冰形特性.     

并行计算中一种非结构网格分割方法

将递归谱对剖分方法应用于流体力学并行计算中的非结构网格分割,以解决负载平衡和最小切割问题。为使用这种方法,计算了网格伴随图的离散Laplacian矩阵的第二特征矢,然后从该特征矢的分量引入网格的对剖分。特征矢计算中应用了Rayleigh商迭代,并进行了一些修正以使收敛强烈地偏向于第二特征矢及考虑逆迭代步中线性方程组的迭代求解。最后,通过非结构自适应网格上Euler方程分区计算的数值结果验证了所发展的网格分割方法。     

NEW TIME-EXPLICIT ASYMPTOTIC METHOD FOR THE SOLUTION OF AN EXACT CONTROLLABILITY PROBLEM OF SCATTERING WAVES

In this paper a new time-explicit asymptotic method is presented through introducing an auxiliary parameter for the solution of an exact controllability problem of scattering waves. Based on an exact control function, the asymptotic iteration is controlled by the auxiliary parameter and the optimal auxiliary parameter is updated during the iteration based on the existing or current iterated solutions of the wave equation. The numerical results show that the new method presented has a significant advantage over the purely asymptotic method in the history of convergence and has the ability to solve the scattering by the multi-bodies.     

Local heating of a moving multilayer cylinder

A mathematical model of thermal state kinetics of a long multilayer cylindrical body moving in the axial direction at the high-temperature heating of a local section on its external surface is constructed. The tentative problems are solved and their results are discussed on the basis of this model and the previously developed methods for the numerical solution of axisymmetric problems of nonstationary heat conduction.     

全变差正则化方法对一类热传导反问题的应用

热传导终端反问题是典型的不适定问题,应用基于全变差的正则化方法来获得它的稳定数值解,将近似解的求解范围由连续函数空间扩大到了有界变差函数空间,并将固定点迭代法用于求解非线性的Euler方程,并进行了理论分析和数值实验。结果表明:该方法与算法具有高效稳定全局收敛等优点。     

轴流压缩系统带支板过渡段的轴对称等效方法

 航空发动机轴流压缩系统过渡段内存在厚支板,该支板造成的堵塞对过渡段的性能产生重要影响,同时也使过渡段内流动成为三维复杂流动,增加了设计难度。建立了一种等效方法,通过构造与带支板过渡段具有相似气动特性的轴对称过渡段,近似地等效原带支板过渡段,从而将复杂的三维问题简化为二维轴对称问题。首先,理论推导了带支板过渡段的轴对称等效方法;随后,通过数值模拟方法,对带支板过渡段和等效过渡段内的流动特性进行对比,结果表明等效过渡段不仅与带支板过渡段的静压分布吻合很好,并且两者具有相似的损失规律,说明等效方法能客观地反映支板对过渡段内流动的影响;最后,将轴对称等效方法应用于带支板过渡段原型的改进设计,改进设计后带支板过渡段支板与轮毂角区的大范围流动分离被消除,损失减小了41.6%。     

叶轮机转子内流动的三维跨声速Navier-Stokes方程组数值计算及试验验证

应用有限体积法及Baldwin-Lomax代数湍流模型求解叶轮机转子内流动的三维可压缩非定常薄层Navier-Stokes方程组,计算一个绕X轴等转速旋转的转子内流场问题,用当地时间步长方法来加速收敛.采用隐式算法对对流通量进行求解,而耗散通量采用显式算法.采用高阶TVD下的Roe格式计算对流通量,采用中心差分格式计算耗散通量.关于守恒变量Q的非线性方程组,采用牛顿迭代方法求解,线化后的方程用对称的Gauss-Seidle方法求其渐近解.应用该算法模拟了转子Rotor67流场,与试验做了大量的对比研究,包括性能、等马赫线以及总压和总温等.在最高效率点附近计算与试验比较接近,但在靠近失速点时计算与试验有较大的差别.     

轴对称跨音速进气道外罩绕流的高效差分算法

 本文考虑轴对称跨音速进气道外流场的有限差分计算方法。采用守恒型位流方程、贴体坐标网格和精确边界条件,根据最佳收敛准则对轴对称情形设计出新的近似因式分解迭代格式,并将所设计的格式应用到计算皮托式进气口的轴对称跨音速流场。对几种典型进气口的计算表明,本文格式收敛快,计算结果与实验符合很好。     

旋转体跨音速零升波阻和压力的差分计算

应用Murman-Cole的有限差分法,求解具有纵向大扰动而横向小扰动的跨音速轴对称速势方程,由此计算旋转体跨音速零升力时的压力分布和波阻力,以及激波位置。物面边界条件被转移到物体轴上。远场边界条件由无穷远处的条件近似代替。计算物面压力系数时,用细长体理论进行物面速势插值。 速势的差分方程用沿半径方向线超松弛改进迭代求解。网格取62×16,迭代初场取零,达到收敛的迭代次数对M_∞<1,M_∞>1以及M_∞≈1分别大约为150,40和300次。松弛因子取为:M_∞<1时,0.9≤ω_b≤1.7,0.9≤ω_p<1.0;M_∞≥1时,0.8≤ω_b≤0.9,0.8≤ω_p≤0.9,这里ω_b,ω_p分别为局部亚音速点和超音速点的松弛因子。 算例为七种不同外形的细长体,计算结果与实验符合尚好。 文中对网格、初场、迭代方法、松弛因子等有关收敛性、收敛速度问题进行了探讨。在局部线化条件下,对定常小扰动轴对称势流的差分方程,进行了线超松弛迭代的稳定性和收敛性分析。数值计算经验与理论分析所得结论相符。     

A policy iteration method for improving robot assembly trajectory efficiency

Bolt assembly by robots is a vital and difficult task for replacing astronauts in extra-vehicular activities (EVA), but the trajectory efficiency still needs to be improved during the wrench insertion into hex hole of bolt. In this paper, a policy iteration method based on reinforcement learning (RL) is proposed, by which the problem of trajectory efficiency improvement is constructed as an issue of RL-based objective optimization. Firstly, the projection relation between raw data and state-action space is established, and then a policy iteration initialization method is designed based on the projection to provide the initialization policy for iteration. Policy iteration based on the protective policy is applied to continuously evaluating and optimizing the action-value function of all state-action pairs till the convergence is obtained. To verify the feasibility and effectiveness of the proposed method, a noncontact demonstration experiment with human supervision is performed. Experimental results show that the initialization policy and the generated policy can be obtained by the policy iteration method in a limited number of demonstrations. A comparison between the experiments with two different assembly tolerances shows that the convergent generated policy possesses higher trajectory efficiency than the conservative one. In addition, this method can ensure safety during the training process and improve utilization efficiency of demonstration data.     

A method of airfoil shape completing

An iteration method for airfoil shape completing using the pressure coefficient distribution specified on its sought part is proposed. The incompressible flow viscosity is taken into account by the boundary layer model, the iteration process is constructed with the use of G.Yu. Stepanov’s idea. The solution algorithm is compiled and a set of numerical calculations is carried out. It is shown that the method proposed offers advantages over the well-known numerical-analytical scheme of solving mixed inverse boundary-value problems of aerohydrodynamics in the case of viscous incompressible fluid.     

导弹水下点火的流体动力研究

对轴对称导弹水下点火这一非线性瞬态流动提出以下数学模型及求解方法。水流场假设为理想不可压势流,用边界积分方程法求解;喷管中的燃气流动按准一维非定常无粘完全气体流动处理,用逆步有限差分格式的特征线法求解;喷入水中的燃气流采用简化的等压泡模型,用Euler-Lagrange方法模拟气泡的演化。按照时间步进方法实现了水、气流动和物体运动的数值耦合求解。数值实验结果反映出导弹水下点火时水气流动的一些重要特性。     

翼-身组合体跨音速守恒型全位势流AF2高效算法的应用

 本文用Joukowski交换将圆截面机身的每一横截面逐一转绘为垂直切缝,因而将翼-身组合体转绘为某单独机翼。我们用作者采用过的数值保角转绘法对转换的单独机翼生成O型贴体坐标网格,然后用逆转绘构造翼-身组合体绕流的O型贴体坐标网格。跨音速计算采用守恒型金位势方程,精确边界条件和AF2高效有限差分迭代算法。本文指出,只需少量修改,就可将单独翼分析程序扩展为可同时适用于翼-身组合体。本文考虑的组合体其机身为有限或无限长,圆形截面,机翼前后机身轴线允许弯曲;机翼有任意平面形状,但翼尖弦长不能太短。     

高超声速超燃冲压发动机实时模型仿真研究

给出了一种高超声速超燃冲压发动机实时模型建立方法.发动机采用基于特性的部件级建模思想,考虑了燃烧室的容积效应,其中,在计算进气道参数时给出一种计算激波角的方法,该方法能够一次得到激波角,不需数值解法,在保证精度的同时简化了计算过程.该发动机动态模型通过数值积分来完成,避免了循环迭代,提高了模型计算速度与实时性.以某超燃冲压发动机建模为例, 通过闭环仿真实验得到在动态过程中响应时间在1s左右,超调量为0.5%.仿真结果表明:该建模方法满足提高实时性的要求,有助于对此类发动机动态过程进行控制研究.