跨流域空气动力学模拟方法与返回舱再入气动研究

针对回收类航天器(返回舱)再入过程所遇跨流域多尺度非平衡绕流问题,综述基于Boltzmann方程碰撞积分物理分析与可计算建模,构造考虑完全气体、转动非平衡、含振动能激发热力学非平衡效应各流域统一Boltzmann模型方程,及由此建立返回舱再入气动力热绕流问题气体动理论统一算法研究进展与算法检验。作为方法间验证结合,进一步简述了融合再入热化学稀薄气体电离非平衡流动DSMC方法、近连续过渡流区N-S/DSMC耦合算法、经滑移边界修正的N-S方程解算器、低密度风洞实验测试等多种空气动力学模拟手段,建立求解Boltzmann模型方程气体动理论统一算法(GKUA)、DSMC、N-S/DSMC、滑移N-S解算器、低密度风洞实验验证补充,适于返回舱再入从外层空间自由分子流到近地面连续流跨流域空气动力学一体化模拟平台。将此平台用于再入H=110～30km各流域球体、高超声速尖前缘中空柱裙、返回式卫星球锥体、飞船返回舱稀薄过渡流以至近连续流区气动力/热与姿态配平绕流问题计算与实验分析比较,证实统一算法在高稀薄流区,与DSMC吻合很好;在连续流区,与(滑移)N-S解算器相一致;在中间过渡带,与N-S/DSMC耦合算法相容;具有全飞行流域很好的计算一致收敛性。简述了跨流域空气动力学几种模拟手段的适应性特点与展望,揭示了返回舱再入跨流域复杂高超声速流动变化规律。     

过渡流区N-S/DSMC耦合计算研究

在已有CFD和DSMC方法程序研究基础上,采用MPC耦合处理原理,发展适于流场分区信息交换的亚松弛技术,建立了N-S/DSMC耦合算法.通过对近连续过渡流区不同Kn数条件下钝锥绕流计算与低密度风洞试验结果比较分析,一方面证明了本文所建立的N-S/DSMC耦合计算模型和方法在低Kn数过渡流区的有效性,另一方面剖析了N-S/DSMC耦合计算误差,可望发展一个工程适用的近连续过渡流区高超声速飞行器气动特性预测分析工具.     

高超声速化学非平衡流动Navier-Stokes/DSMC耦合算法

基于相同的化学反应模型,在已有计算流体力学（CFD）和直接仿真蒙特卡罗（DSMC）方法及程序的基础上,采用Modular Particle-Continuum（MPC）耦合技术,建立了包含化学非平衡Navier-Stokes/DSMC耦合算法。算法结构中DSMC计算区域在CFD计算结果上根据当地克努森数自动选取。发展了适用于流场分区信息交换的亚松弛技术,抑制DSMC方法对CFD计算的影响。把DSMC方法和CFD的应用范围拓展到过渡流区,为复杂飞行器近连续过渡流区高超声速化学非平衡流动数值模拟研究提供了一种工程适用的预测分析手段。通过对二维圆柱高超声速化学非平衡绕流的算例与其他结果的比较研究,表明耦合算法不论在流场结构、流场非平衡现象,还是飞行器表面参数、整体气动力/热特性方面,都能够得到与全DSMC计算吻合的结果,证实了所建立的Navier-Stokes/DSMC耦合计算模型与方法的有效性和可靠性。仿真了某航天器解体碎片在过渡区的化学非平衡流动,得到碎片在过渡区的气动力/热特性,为碎片的陨落计算提供依据。     

热辐射计内稀薄气体流动的蒙特卡罗模拟

本文应用直接仿真蒙特卡罗(DSMC)方法,研究了Crookes热辐射计内由于叶片两表面的温度不同而引起的稀薄气体的流动,给出了热辐射计叶片高温面温度900K,低温表面温度为300 K,四种不同克努森数(Kn)下流速矢量场、温度场和叶片两面压力差的仿真结果.并与热辐射计在不同Kn数下的转速实验测量结果进行了比较,两者结果基本一致.     

DSMC热化学模拟分子数对氮氧离解反应计算影响的分析

准确模拟高速流场中的热化学非平衡问题一直都是各种流场数值计算的难点。DSMC作为一种有效的流场模拟方法,从统计学的角度而言,作为统计母体的模拟分子数是影响计算准确性的关键。Bird等[Bird,1990]针对不涉及热化学非平衡的流场提出了一个统一的模拟分子数选取规则。本文在热浴条件下使用DSMC模拟了空气中三种常见氮氧气体的离解反应,对涉及热化学非平衡的流场中模拟分子数对DSMC精度的影响进行了分析。结果表明:与Bird针对普通流场所提出的统一模拟分子数选取规则不同,在不同的流场物理条件(本文主要为温度)下,得到正确结果的模拟分子数阈值与温度成正相关(最小离解度与最大离解度模拟分子数选择下限相差10倍),超出阈值后增加模拟分子数对流场精度并无明显提高,这一结果与Parker的分子能量传递理论相符。从保证计算精度和平衡计算效率的角度,本文的结论对DSMC非平衡流场模拟具有参考价值。     

高超声速平头圆柱绕流化学反应流场的DSMC/EPSM混合算法研究

本文发展了平衡粒子模拟方法(EPSM)，建立了与高温气体化学反应动力学理论相匹配的EPSM耦合模型，并通过混合参数进行流区的自动识别，将EPSM方法与蒙特卡罗直接模拟方法(DSMC)结合，构造了可模拟化学反应流动的DSMC／EPSM混合算法。应用该算法对汲及化学反应的轴对称情况下高超声速平头圆柱绕流流场进行模拟，将结果与DSMC方法的结果进行比较，验证了新算法对求解化学反应流动的可行性。将混合算法的计算效率与DSMC方法的计算效率进行比较，发现混合算法能够大大提高计算效率。     

一种DSMC分子仿真下的权因子预定义方法

为提高直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法的计算效率,针对模拟初始DSMC方法中权因子难以确定的问题,通过分析权因子在DSMC方法模拟中的定义及求解方法,提出了一种DSMC分子仿真下权因子的预定义求解方法,采用平板、钝锥等典型算例验证了该方法的正确性。结果表明:权因子预定义方法能够在模拟初始提前对权因子的分布特征进行预定义求解;该方法能够使得DSMC仿真时全场的仿真分子数分布更为合理,在保证计算精度的前提下减少全场的仿真分子数,节省内存,提高计算效率。     

姿控发动机高空羽流流场干扰效应的DSMC方法研究

在研究权函数设置及热力学非平衡模型的基础上，将DSMC方法应用于求解三维问题，数值模拟了轴线平行的两姿控发动机喷流干扰形成的高空羽流流场。结果表明，过渡区流场中存在显著的干扰效应，采用将单个流场物理量简单相加的方法是不合适的。     

壁面辐射平衡DSMC方法及其在双锥构型中应用

临近空间高超声速飞行器在高空长时间飞行,受气流加热影响,飞行器表面温度显著升高,依赖地面试验和传统DSMC仿真预测的热流值明显高于飞行观测值,导致飞行器防热系统的保守设计.本文发展了一种基于壁面辐射平衡的DSMC边界模型,通过热流值反算辐射平衡壁面温度,并以此温度作为下一个时间步DSMC计算的边界条件,迭代更新至给出壁面温度的收敛值.基于该温度边界条件,开发了适用于轴对称构型的DSMC求解器,并以钝锥构型对计算模型和求解器进行了验证.重点针对激波风洞试验条件下的双锥构型,开展数值模拟研究,结果表明:该构型恒温冷壁条件得到的壁面压力分布和热流与风洞试验结果吻合,两种温度条件下的压力峰值差异约为15.4％,但是整体气动力特性差异仅约为0.33％;相对于冷壁,辐射平衡计算得到的前缘处热流峰值降低约50％,再附点处的热流峰值降低约三分之二;两种条件相结合,可以给出壁面热流的预测范围.     

姿控发动机内流场及高空羽流流场的DSMC一体化数值模拟

通过引入“平衡抽样方法”有效解决了DSMC求解近连续流区所遇到的碰撞顶计算效率问题;对于过渡流及自由分子流区,构造了适合于DSM仿真的分子碰撞传能模型并配置了一种光滑过渡以减少误差的权函数。在此基础上首次实现了对姿控发动机喷管内流场及包括倒流区在内的高空弱流流场的DSMC方法一体化数值模拟。     

装备可靠性维修性保障性效能模型及其扩展

在装备效能分析中 ,装备的可靠性 (R)、维修性 (M )及保障性 (S)指标是影响装备效能的重要指标。通过对ADC模型分析的基础上 ,提出了装备的可靠性、维修性及保障性 (RMS)效能的概念 ,并从完成单阶段单任务拓展到多阶段多任务 ,推导出不可修装备RMS效能的综合表达式。从而为完成多阶段多任务的不可修装备的可靠性维修性保障性的效能的定量分析提供了理论依据。     

多频段多目标海上测控模拟器的设计与实现

介绍了多频段多目标海上测控模拟器的设计和实现方法。在硬件设计上,模拟器采用工控机和工作站架构,数字化可重组基带硬件平台技术,实现了不同频段、不同目标航天器的仿真功能。在软件设计上,采用RS422/232接口双中断驱动技术,实现了遥测和数传的同步;采用软件模块化和数据库融合设计技术,实现了多型号目标航天器的仿真需求。     

Al-Mg-Sc 和Al-Mg-Er 合金的组织与性能

采用铸造—轧制—稳定化退火技术制备了Sc含量为0.10wt％和Er含量为0.25wt％的两种Al-Mg合金薄板,研究了不同处理工艺下两种合金板材拉伸性能、剥落腐蚀性能和显微组织的变化规律.结果表明,两种合金冷轧板材稳定化退火过程中拉伸性能有相同的变化规律,即随着退火温度升高,板材强度下降而塑性升高,Sc含量为0.10wt％的合金350℃/1 h退火仍然表现出很强的抗退火软化能力,而Er含量为0.25％的合金当退火温度高于280℃后迅速软化;300℃/1 h退火条件下,含Sc合金和含Er合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为424 MPa、314 MPa、18.3％和350 MPa、177 MPa、29.1％;与此同时,随退火温度的升高,板材抗剥落腐蚀的能力也表现出相同规律性的变化,即200℃/1 h左右退火时剥落腐蚀最严重,随着退火温度升高,腐蚀抗力增加,两种合金板材经280℃以上1h稳定化退火后,合金板材可以获得较好的抗剥落腐蚀性能;其次,与Sc含量为0.25wt％的5B70合金相比,研制的Sc含量为0.10wt％合金综合性能接近5B70合金,而这种合金的Sc含量只有5B70合金的40％,能显著降低合金的制造成本,预示着低Sc含量的合金在航天领域有良好的开发应用前景.     

PDM与ERP的集成技术及其应用

产品数据管理(PDM)与企业资源计划(ERP)是制造企业增强其竞争力的最主要技术支撑,如何实现两个系统之间的有效集成是目前制造企业迫切需要解决的问题.本文指出了PDM与ERP系统集成的必要性,分析了两个系统之间集成的数据内容和数据交换过程;介绍了两个系统的集成方法,着重探讨了基于中间文件XML的集成方法并给出了应用实例.     

基于iptables的Linux防火墙的配置和实现

目前防范外部网络攻击的有效的方式是在核心层上端采用与外网相连以达到网络防御的效果的各类硬件防火墙产品,但是添加硬件防火墙产品的同时也增加运营成本。为此采用一台高配置的网络服务器进行防火墙的配置来实现上述功能,同时通过研究netfilter/iptables信息包过滤系统以及配置相应的防火墙的策略,可以实现硬件防火墙的各项功能,在使用高配置的网络服务器的同时也降低了网络安全上的成本,并增加了其灵活性,同时也达到硬件防火墙的效果。     

流动比较法的设计与实现

光电测距仪（含全站仪）的加常数是仪器测量结果的改正项目,是仪器检定项目非常重要的一项。本文结合光电测距仪计量检定规程的要求,从加常数的测量原理、方法、不确定度分析等方面入手,提出了检测测距仪加常数的一种新方法——流动比较法,分析了流动比较法的设计与实现方法,分析了测量不确定度,通过与经典的六段法相比较,论证了流动比较法的可行性。     

高低温箱运行及故障分析探讨

通过对高低温箱的运行记录进行整理，分析其运行状况及故障，判断故障产生的原因，有针对性地提出故障排除的方法和设备维护保养措施，以延长设备的使用寿命。     

新型粘弹性阻尼器及其模具设计研究

本文对新型粘弹性阻尼器的设计计算及模具设计进行了全面的描述和分析,并以某型机相关参数为原始数据走了一个全过程。     

嵌入式系统的组成、设计与调试

嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术相结合的产物。本文介绍了嵌入式系统的组成,并针对嵌入式系统自身的特点,深入地阐述了设计和调试方面的一些关键技术。     

航空经济学及面向价值的飞机设计理论与实践

全球化的市场竞争是商用飞机产业的重要特征之一,对安全性、舒适性、经济性和环保性指标的不断追求推动着技术的不断进步及产业链的全球化发展。在飞机设计中,对经济性的考虑在航空技术和型号发展中的作用越来越突出,也是中国航空产业发展面临的重大挑战因素之一。在新技术研发决策及其在型号中的应用中,经济性考虑始终是决策的关键因素,本文综述航了空经济学的研究范畴和主要分析方法,及其对飞机概念设计、结构设计和系统选择等主要决策的影响,面向价值的设计理论和方法在飞机设计中的实践。希望本文的发表可以促进航空经济学的发展,相关方法可以在型号设计的最优综合评价中发挥作用,实现涵盖时间成本在内的综合评价指标最优的方案。可以预期,航空经济学的发展有助于提升中国航空制造业在竞争越来越激烈的全球航空产业链中的竞争力。