贴体曲线坐标系的数值生成方法

本文给出了二维场曲线坐标系的数值生成方法,该曲线坐标中的某些坐标线能与场中所有物理边界相贴合(本文称为“贴体曲线坐标系”)。不论物理边界的形状如何,利用本方法都可以使物理边界通过有限差分网格点,并在计算平面中的矩形正交网格上求解偏微分方程,而不需要在网格点之间采用内插方法。本方法已经用FORTRAN算法语言编成计算程序,并应用于简单的二维收敛-扩张喷管(单连域)和环形喷管(多连域)。这些算例表明,该FORTRAN计算程序是可行的。     

分布式仿真系统实体节点分配问题实时求解算法

分布式仿真系统中,如何使计算节点彼此间通信量尽可能小,是实体节点分配问题研究的内容。针对该问题提出一种基于规则的启发式两阶段实时求解算法。第一阶段构建最小期望事件数量的目标分配模型并进行求解,即根据连通图理论将原问题分解为多个子问题,结合缓存、分治和过滤优选策略,设计递归算法求解子问题,最后得到覆盖所有实体的事件最小集。第二阶段实现分箱算法,将最小集中单个事件关联的实体尽量分配至相同计算节点,最终得到实体节点分配关系。实际应用表明,相比常见的顺序分配策略,该算法能显著减小分布式仿真系统的跨节点网络通信,从而提升仿真效率。该算法还能在秒级耗时生成分配方案,特别适用于包含大量实体的复杂场景分布式仿真。     

全息天线理论与实验的初步研究

在阐述全息天线构建原理的基础上,分析源天线辐射场与理想平面波的干涉,以此确定全息结构的位置。通过简化对干涉场极小值点的计算,得到具有普遍意义的计算全息结构位置的表达式。作为实例,利用金属全息结构和偶极子天线构建一维、二维及准三维全息天线,并对其辐射场进行仿真和实测。结果表明,与传统天线相比,全息结构可以显著改善天线的辐射性能,具有十分重要的应用前景。     

三重混合范数的L型嵌套阵列二维角度估计

针对L型嵌套阵列二维角度估计问题,提出一种三重混合范数块稀疏重构算法。首先,建立一种俯仰角和方位角可分离的二维稀疏测向模型,将两个维度采样点分块,分别计算联合协方差矩阵,二维角度估计问题被转化为联合协方差矩阵稀疏优化问题;为减小计算复杂度,建立三重混合范数块稀疏重构模型,利用交叉迭代的方法得到稀疏解,实现了二维角度估计,并且可以自动配对。仿真试验表明,三重混合范数稀疏重构算法能够有效估计多个辐射源的二维角度,分辨率较高,并且具有一定的鲁棒性。与传统算法相比,在低信噪比和小快拍数的条件下,均优于传统二维角度估计算法。     

点火升压阶段药柱裂纹变形研究

利用流固耦合软件MPCCI将FLUENT和ABAQUS连接,计算了固体发动机点火升压阶段燃烧室流场与药柱裂纹变形情况.FLUENT计算耦合区域作用在固体边界上的力,以节点量的形式传给MPCCI,MPCCI将节点量进行插值传给ABAQUS,ABAQUS得到外加载荷,计算耦合区域作用在流场上的节点位移,再通过MPCCI插值后传给FLUENT.计算结果表明,在燃气流入裂纹初期,在裂纹尖端形成相对封闭空间,造成裂纹内压强上升,反射激波引起裂纹尖端更高的升压速率,同时在裂纹尖端形成应力集中,为裂纹动态扩展提供了可能.     

探月返回飞行器跳跃式再入轨迹优化

基于节点自适应稀疏配点法,提出一种高精度求解探月返回飞行器跳跃式再入轨迹优化问题的方法.该方法的基本策略是:首先,应用节点自适应稀疏配点法对完整的跳跃式再入轨迹进行优化;然后,根据优化得到的控制变量对再入动力学方程进行数值积分;当积分至跳跃轨迹的最高点时,以积分得到的状态变量值作为新的初始条件,对二次再入轨迹重新优化....     

基于稀疏重构的L型阵列的二维波达方向估计

在L型阵列下,基于稀疏重构提出一种可实现自动角度配对的二维波达方向估计方法。首先,根据两均匀线阵接收数据的互相关矩阵构建二维稀疏线性模型;然后,通过数学变换将该二维模型转换为联合稀疏重构模型之内,通过联合稀疏重构算法分别单独获得信源方位角和俯仰角的粗略估计,并将此信息融入二维稀疏线性模型,大大减少了模型中原子个数,达到降低计算复杂度的目的;其次,从理论上分析了新方法可分辨的信源个数和计算复杂度;最后,通过一系列计算机仿真将新方法与其它子空间类二维波达方位估计方法进行比较,表明了新方法在估计精度上的优越性。     

平动点双脉冲转移轨道的快速计算方法

针对限制性三体问题中的平动点双脉冲转移,提出一种高效的计算方法。通过利用基于二维插值的数值流形近似方法对流形进行近似计算,同时利用二体模型下的圆锥曲线近似流形拼接段,根据经典轨道要素推导得到完成拼接所需的速度增量,避免在优化过程中对流形的重复积分计算,以及在三体模型下对拼接段的迭代计算,从而显著提高计算效率。然后推导得到三体问题下的主矢量理论,可将其用于对优化所得的双脉冲转移轨道进行燃料最优性的验证。最后,以航天器从近地圆轨道到地月系L1点的halo轨道的双脉冲转移为例进行数值仿真,验证数值流形近似算法和二体模型近似脉冲的有效性,并表明该方法在优化过程中具有高效性。     

高超声速飞行器动力学规划的落点区域计算

高超声速飞行器的再入过程十分复杂,已知初始状态推断落点区域对飞行器再入航迹规划具有重要意义.本文提出一种基于动力学规划求解高超声速飞行器落点区域的方法.该方法在满足再入轨迹的各种约束条件前提下,在能量-阻力空间里描绘出标称阻力边界曲线,通过反馈线性法对其进行跟踪得到实际可用的上下边界,再经插值计算得到符合约束条件的阻力...     

求解轨迹优化问题的局部配点法的稀疏性研究

直接配点法通过对控制变量和状态变量都进行离散将轨迹优化问题转化为非线性规划(NLP)问题。为了提高NLP的求解效率,需要利用其偏导数的稀疏特性并建立偏导数的高效计算方法。本文研究了局部配点法离散得到的NLP的一阶偏导数的稀疏特性,建立了一阶偏导数的高效计算方法。推导了NLP的目标函数梯度和约束雅克比矩阵的数学表达式,得到了NLP偏导数的稀疏型,并且将NLP的偏导数分解为原始轨迹优化问题的偏导数。由于原始轨迹优化问题的约束和变量的数量远少于NLP的约束和变量的数量,从而显著减小了NLP的一阶偏导数的计算量。含有离散气动力和推力数据的仿真算例验证了本文方法的有效性。仿真结果表明,与有限差分法直接计算NLP的偏导数相比,本文方法能够将优化耗时减小至4%以内,随着离散节点数目的增加,计算效率的提升更为显著。     

基于2种不同单元形式的相控阵天线设计比较

对相控阵天线的二维相扫、波束控制、栅瓣、波束展宽等关键点进行了讨论,并结合某型产品设计了2组阵面。通过仿真计算和实物实测,对开口波导单元和印刷振子单元以及2种不同单元各自组阵的情况加以比较,阐明两者之间的优缺点及在不同领域的应用,为后续工程应用提供了参考和支撑。     

改进的遥感卫星成像任务单轨最优团划分聚类方法

针对遥感卫星成像任务规划时对点目标的聚类效果不佳的问题,提出了一种改进的单轨最优团划分聚类方法。根据聚类约束条件,构建任务聚类图模型,并为图模型中的每一条边赋权值;根据图模型中边的权值,构建权值矩阵P;以卫星单轨姿态机动的最大次数作为聚类任务的数量限制,由P依次计算每个聚类任务所有可能的最优聚类方案,并生成对应的收益矩阵M和终点矩阵N;通过循环遍历的方式计算各个聚类方案下的总收益,其中总收益最大的方案即为最优团划分聚类方案。仿真结果表明:提出的改进的团划分聚类方法,能将点目标有效聚类,与传统任务聚类方法相比,可明显提高遥感卫星对点目标的观测效率。研究结果可为我国遥感卫星自主任务规划技术研究提供参考。     

平面遮挡分析法及其在航天器气动力矩分析中的应用

针对空间站等复杂构型航天器迎流面积和气动力矩的快速分析问题,提出一种平面遮挡分析法。该方法在与迎流垂直的方向上,选定一个二维投影平面进行航天器组成单元的划分和二维外形信息的定义;通过标志符、差值函数及相关的单元外形边界搜索规则定义和操作,实现迎流面积和遮挡面积的计算。平面遮挡分析法减少了遮挡分析所需使用的航天器外形信息维度,可以提高遮挡分析的效率。然后给出基于该平面遮挡分析法对迎流面积和压心位置进行计算的数学模型,对使用的气动力矩分析模型进行说明。以一个非对称构型的空间站为例,对相应的迎流面积和气动力矩进行仿真计算和对比验证。结果表明,平面遮挡分析法具有较为明显的计算时间优势,同时具备较高的计算精度。     

基于时域有限体积法的计算电磁

介绍了基于计算流体力学(CFD)中的时域有限体积法(FVTD)的电磁计算.根据Maxwell方程组,给出了计算电磁(CEM)中FVTD的时间离散、MUSCL迎风型格式插值、空间离散和边界条件的处理,以及雷达散射截面(RCS)的计算公式.对无限长理想导体圆柱和线天线二维完全导电体的表面诱导电流与雷达散射截面计算结果表明:FVTD是一种高效准确的时域有限方法.     

运载火箭晃动分析中知识模型的构建及应用

为了改变传统方法所实现的运载火箭晃动分析计算程序结构固定、缺乏灵活性、不能根据不同的使用场景自发完成不同计算任务的问题，利用本体理论和方法，将领域知识解决实际问题的过程抽象为决策知识引导应用单元执行的过程模型。根据建立的模型，从晃动分析相关领域知识中剥离出决策节点和应用单元，再通过决策节点重构决策知识，最终实现决策知识引导应用单元完成晃动计算。最后利用本体OWL语言实现决策节点重构决策知识，并开发了基于本体的火箭晃动计算分析软件模块，实现了分析计算知识的公用性、可拓展性和配置灵活性，为快速、智能化的专业分析计算提供借鉴。     

精密卫星钟差分形插值算法研究

研究发现精密GPS卫星钟差时序满足三阶平稳假设,由此提出了计算卫星钟差分形维的多阶分形变差法,进而提出了基于分形维确定垂直比例因子的精密卫星钟差分形插值算法。将新方法应用于2010年8个节气日的32颗GPS在轨卫星钟差分形维计算,并选取Block IIA、IIR和IIR\|M各2颗卫星进行钟差插值精度比较。结果表明,分形维可作为定量描述卫星钟差动力学特征的不变量指标;分形插值算法优于三次样条和切比雪夫算法,可以满足快速与高采样率精密卫星钟差应用需求。     

用于薄结构中电磁场计算的三维高精度壳体矢量单元

提出了一种适用于薄结构中电磁场计算的通用三维高精度壳体矢量单元。该类壳体单元在薄结构厚度方向对场矢量采用一阶矢量插值，而在薄结构面方向采用二阶矢量插值，能够很容易地应用于平面和曲面薄结构问题的建模与求解。文中应用该壳体矢量单元与2阶六面体矢量单元对比做了两个算例，结果表明：使用该壳体矢量单元建模计算薄层结构不仅可以达到高的计算精度，而且能节约未知量数目一半以上，节约计算时间达80％以上。     

通信卫星载荷舱设备半物理仿真测温优化方法

针对通信卫星载荷舱设备温度测量,提出一种基于载荷舱热控边界设置有限测温点与地面数据(热试验或热分析)挖掘结合的半物理仿真测温方法,用以替代设备设置测温点直接物理遥测的传统测温方式,实现载荷舱测温点使用数量的优化减配。该测温优化方法在"东方红四号"平台卫星上得到验证——与传统测温方式相比,载荷舱测温点数量减少70%以上,减重约6 kg,载荷舱测温系统的工程设计及研制费效比降低70%以上。     

再入飞行器滚动时域轨迹混沌优化设计

针对传统轨迹优化方法计算量比较大需要离线实现,以及对于初值选取比较敏感等问题,提出了一种基于预测控制的临近空间再入飞行器滑翔轨迹设计的实时优化策略。该算法通过将全局非线性优化问题转换成有限时域内的一维变量滚动时域次优化问题,利用均匀采样结合混沌搜索策略,给出了过载、动压和热流等多种过程约束下的次优攻角计算策略。通过合理调整目标函数中不同物理量权重的比例关系,分别得到弹跳形式和平稳滑翔形式的轨迹特征。该算法可以在不提供初始猜测值的情况下在线实现,为几种不同的轨迹形式提供了统一的生成框架;得到的可行次优轨迹曲线还可作为非线性规划方法的初值进一步优化。数学仿真结果说明了该算法的有效性。     

基于非结构网格的燃面推进算法

根据惠更斯波传播原理,构建了一种在通用CFD软件的非结构网格系统上直接计算燃面推进的数值方法。该方法将燃面对应的计算网格面作为一系列平面波源,利用网格几何关系对边界节点奇异性进行判定,通过所有平面波源影响区域的叠加求解新的燃面位置。数值实现过程中,根据节点奇异性和波源影响区域以三维矢量运算得到节点的推进矢量。结合网格的重分,在通用CFD软件环境中实现了燃面的推进,所用数值算法具有良好的精度。另外,对三维动态内弹道模拟中燃面计算的稳定性和精度等问题进行了研究。