基于CFD/CSD/CAA耦合的声气动弹性仿真技术在壁板颤振中的应用

提出了一种基于计算空气动力学/计算结构动力学/计算气动声学（CFD/CSD/CAA）耦合的声气动弹性时域仿真方法。空气动力学和气动声学分别采用大涡模拟和Lighthill声比拟理论进行计算。采用D’Alembert原理和有限元方法建立了二维简支壁板在超声速流作用下的非线性动力学方程,并在时域内进行求解。其中几何非线性采用Von Karman大变形理论描述。以二维弹性壁板作为研究对象,研究了超音速流场中噪声、气动力、和壁板之间的相互作用所产生的非线性颤振现象。     

CSP结构半导体激光器二维稳态数值模拟

采用二维有限差分法对一个GaAs／GaAlAsCSP结构半导体激光器在稳态条件下的电、光特性进行了数值模拟。在电模型的分析中，以静电势、电子浓度和空穴浓度为基本变量，采用Gummel方法迭代求解三个电方程。利用与电方程求解中同样的差分网格，运用有限差分法对光波动方程进行求解，其中模式传播常数采用广义横向谐振法和变分原理结合的方法求取。通过电、光方程的完全自洽迭代过程，得到了完整的光、电特性。在此基础上．对因制造工艺不完善带来器件特性的变化进行了分析。数值结果与有关文献的结果一致，验证了数值模拟的正确性。本文提出的二雏模拟器可用于半导体激光器的计算机辅助优化设计。     

有限元素法在解空气动力学非线性方程中的应用及其前景

空气动力学线性方程的离散化数值解法,例如有限基本解法、核函数配置法等己广泛地应用于亚超音速各种线性化空气动力学问题中,至至于更广泛一类的空气动力学非线性方程,例如可压流的欧拉方程组、全速位方程、粘流的纳斯方程组、附面层方程等等,目前主要采用有限差分的离散化数值解法。有限差分法适用性比较广,但由于流场参数主要是通过网格节点处的相应参数插值而得,同时有限差分法所划分的网格的形状比较规则,任意性     

目标电磁散射特性的混合法研究

从Ｓｔｒａｔｔｏｎ－Ｃｈｕ公式出发，利用阻抗边界条件，得出阻抗边界条件积分方程，将目标表面分成不同的区域，有些区域用高频解析方法求出其表面电流，有些区域利用矩量法解阻抗边界条件积分方程得表面电流。本文以橄榄体（包括介质涂敷情形）为例，计算其电磁散射特性，混合法计算结果与实测结果或其他方法的计算结果比较吻合。     

运动激波与气泡串相互作用的多介质数值模拟

通过对激波和流体界面相互作用而诱导的大变形界面演化的数值模拟,验证了Level set 方法精确模拟多个流体界面的有效性.采用间断有限元Galerkin方法求解欧拉方程得到流场解,采用5阶WENO格式求解Level set方程追踪多流体界面,界面附近的边界条件由虚拟流体方法处理.对运动激波和两个气泡相互作用过程进行了数值模拟,得到了不同时刻的压力和密度等值线分布,并分析了计算域中两个气泡同是氦气泡,以及一个是氦气泡,一个是R22气泡情况下的计算结果.计算结果表明:利用多界面Level set方程可高质量地捕捉多个流体界面,处理3种多介质流场数值模拟问题.     

亚声速大迎角模型试验洞壁干扰修正方法研究

通过测量洞壁附近的压力分布来模拟透气壁试验段的洞壁边界条件,采用数值求解Euler方程的方法模拟模型在风洞中的绕流场,然后将洞壁边界条件用远场边界条件替换,用同样方法计算出模型在自由流中的绕流场,从而计算出洞壁干扰对模型的绕流场和气动力的影响。针对大迎角模型的洞壁干扰问题的特殊性,采用重叠网格技术,对飞机大迎角标模和SB-03模型进行了亚声速大迎角的洞壁干扰计算与修正。     

中国空气动力研究与发展中心低速所风工程研究新进展

简要介绍了最近4年以来中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所在桥梁和建(构)筑物空气动力学、车辆空气动力学、大气边界层模拟和环境流体力学等风工程领域的主要研究成果和风洞试验技术。     

低速风洞试验数据库系统

风洞空气动力学试验是进行飞行器空气动力学研究的重要手段。如何有效管理和利用好试验数据,是风洞试验的一项重要课题。介绍笔者利用C/S、B/S技术建立的低速风洞试验数据库。     

基于修正偶应力理论的正弦剪切变形圆板的弯曲屈曲研究

利用修正偶应力理论(Modified couple stress theory,MCST)和正弦剪切变形理论,分析了圆形微孔板的轴对称弯曲和屈曲行为.通过最小总势能原理推导得到微分形式的控制方程和边界条件,并用引入的标称变量表示.应用广义微分求积法,将微分形式的控制方程和边界条件离散化,得到一组线性方程.通过求解线性方...     

降雨条件下飞机尾涡演化数值模拟研究

降雨作为一种气象条件,与飞机尾涡相互作用,改变自身与尾涡的动力学特性。高强度的尾涡导致后机难以着陆、复飞甚至坠机等后果,因此尾涡的演化进程对评估后机的飞行安全有重要意义。为了分析尾涡与降雨的相互干扰,基于欧拉-欧拉多相流模型,研究了降雨条件下的尾涡演化特性。对于多相流模型中的空气相模拟,采用大涡模拟湍流模型,雨相通过两个标量方程控制其动力学输运,两相间的耦合利用动量源项实现能量的传递。分析了降雨对环量、涡量和涡核附近速度分布、下沉速度等尾涡演化特征量的影响。结果表明:降雨加速了环量的衰减,减小了涡心最大涡量,使速度分布趋于平滑,改变了尾涡下沉规律。另外,尾涡也影响了雨滴的下降轨迹和浓度分布。     

功能梯度压电夹层板条中的反平面裂纹问题

本文研究了夹在两个均匀压电材料半空间中功能梯度压电板条内的反平面裂纹问题。假设功能梯度压电夹层板条的材料参数沿厚度方向连续变化,并考虑裂纹面上电绝缘型和电渗透型两种边界条件。利用Fourier变换,首先将混合边值问题转化为对偶积分方程,即而归结为求解第二类Fredholm积分方程。通过数值计算,求得了功能梯度压电夹层板条内反平面裂纹的应力强度因子、电位移强度因子和能量释放率,分析了材料物性参数梯度、几何尺寸和载荷条件对它们的影响。     

铁电超晶格中畴变导致的可恢复大电致应变（英文）

铁电超晶格由于其独特的机电耦合特性而得到了广泛的研究。在不同的双轴错配应变下,铁电超晶格表现出不同的畴结构和机电耦合特性。本文采用三维相场模型研究了不同双轴错配应变下PbTiO_3/SrTiO_3(PTO/STO)超晶格的畴演化和机电性能。相场模拟结果表明,外加电场作用下铁电超晶格在堆叠方向上表现出较大的电致应变。在较大的错配压应变下,厚度为4 nm的铁电层中会出现涡旋畴。在外加大电场作用下,涡旋畴变为稳定的c畴,去除电场后c畴依旧保持。当错配压应变逐渐减小时,无外电场下的初始涡旋畴会变为波浪畴或a1/a2畴。此时,大电场作用下完全极化后的c畴在电场变小后会转变为对角线方向畴或a/c畴。此外,当对超晶格施加双轴拉应变时,铁电畴能够翻转回初始的a1/a2类孪晶畴结构,从而产生可恢复的大电致应变。本文研究提供了获得可恢复大电致应变的有效途径。     

飞机座舱内空气速度和温度分布的数值模拟

飞机座舱内空气的流场和温度场直接影响到乘员的舒适性。本文应用雷诺平均Navier-Stokes方程和Launder-Sharma低雷诺数模型计算了飞机座舱内的流场和温度场。文中对对流－扩散方程中的对流项分别采用低阶和高阶精度格式进行了离散，计算结果表明高阶精度格式更适合飞机座舱内空气分布的数值模拟。     

基于嵌套网格和计入尾迹影响的旋翼流场数值模拟

给出了三维Euler方程数值模拟悬停状态旋翼流场的方法和模型。为充分考虑旋翼尾迹对流场的影响,采用了由动量理论导出的远场边界条件和由尾迹诱导速度代入滑移条件而构造的新翼面边界条件。为减少尾迹数值耗散和便于添加上述边界条件,采用了嵌套网格方法。针对嵌套网格中关键的贡献单元搜寻问题,本文采用一种伪贡献单元搜寻法。应用上述方法进行了算例计算,给出了有无尾迹修正时的旋翼桨叶表面压力分布和沿展向升力分布的计算结果,并与可得到的实验数据进行了对比。此外,从计算的等涡量线图上分析了旋翼尾迹流场畸变的发展趋势,表明了Euler方程法在旋翼涡尾迹捕捉方面的能力。     

一种渐变无反射边界条件的建立与验证

建立并验证了一种适用于非线性流动的新无反射边界条件,以简单的迁移方程模型为基础,提出了一种通量渐变消失无反射边界条件。通过乘以合适的函数,在渐变层内偏微分方程中的空间偏导项逐渐消失,从而在边界点上得到只含有时间变量的常微分方程,来解决自由区域处边界造成的定解问题。将渐变边界条件推广到了一维和二维非线性Euler方程,其方程形式简单,便于实现。在计算域边界处采用空间滤波和二维情形时角区内引入牛顿阻尼区提高了渐变边界条件的数值稳定性。在非线性情况下对二维Euler方程渐变边界条件进行了一系列的数值验证,得到了令人满意的数值结果。     

飞行模拟中的飞行动力学仿真平台研究

介绍了适合于飞行动力学仿真的运动方程和飞行动力学仿真中的气动力数据和发动机数据的处理方法,改造了部分运动方程以克服地面运动的奇异性问题,建立了一种可仿真地面风场中运动的起落架数学模型,完成了可模拟飞机空地运动的通用的飞行动力学仿真平台。数值仿真了某双发螺旋桨飞机的爬升和巡航性能,数值仿真结果表明：该仿真系统能处理飞行仿真中的所有的飞行动力学问题,计算过程稳定,克服了飞行动力学仿真中的奇异值问题。     

理想流体有位流动的电模拟(续)

第二部份:三元亚音速机翼举力面理论的电模拟 在第一部分中,已经阐述了应用电场模拟法解决二元机翼(翼型)的绕流问题。本文将通过对两种平面形状的平板机翼和一种平面形状的有相对扭转的机翼的实验研究,进一步阐述电场模拟法在解决三元亚音速机翼绕流问题方面的应用。同时为了估价实验数据的精确度,还引证了按举力面理论数值计算的结果与之比较。     

旋翼与机身耦合的多柔体动力学方程

在分析旋翼系统的挥舞、摆振和变距运动的基础上，应用柔性多体理论建立旋翼系统的动力学方程，并利用超单元技术建立机身动力学方程，然后根据模态综合技术建立旋翼与机身耦合系统动力学方程。同时作线性处理，计算一个简单模型的固有频率，为旋翼与机身耦合系统的振动特性和响应分析提供一种新模型。     

燃烧型喷流等离子体发生器及其电子密度诊断实验研究(英文)

以微型固体火箭发动机为模型,根据等离子体物理学和空气动力学,研制出燃烧型喷流等离子体发生器.利用朗缪尔探针阵列研究发生器喷流流场中电子密度轴向和截面的分布;在处理探针测量数据时,采用由带电粒子连续性方程和Poisson方程得到的朗缪尔探针连续流理论模型.实验结果表明:发生器产生的喷流流场为非均匀等离子体流场,流场中存在大量的自由电子和离子,喷流中心的电子密度最大超过4×1012cm-3.喷流等离子体发生器是一种非常有发展前景的飞行器隐身等离子体产生技术.     

预处理特征型边界条件及其回流处理技术

通过特征型预处理Euler方程推导出预处理特征型的边界条件处理方法,并发展了预处理的回流处理技术,增强计算的鲁棒性和精度。通过特征型预处理Euler方程的特征关系得到边界条件处理方法;在亚声速速入口和出口边界,根据其特征方程确定回流边界处理方法。通过数值模拟发现:带回流的特征型边界处理方法比Turkel方法收敛快1.5倍以上,而计算精度与SIMPLE方法相当;在出口带有回流的计算中,其压力误差比Fluent降低68.3%。由此可知带有同流处理的特征型边界处理方法具有较高的鲁棒性和精度,在实际的工程计算中有一定的应用价值。