多相流系统的离散玻尔兹曼研究进展

为准确高效地模拟爆轰冲击作用下固体响应的过程,对爆轰波传播、损伤评估等领域的工程应用提供技术支持,采用分离式流固耦合的方法,基于开源软件实现面向爆轰冲击的分离式流固耦合数值模拟求解系统。爆轰波传播模型建立在基于OpenFOAM的开源多分量求解器blastFoam之上,同时利用deal.Ⅱ有限元库对固体形变响应进行模拟,流体与固体求解器之间通过适配开源多物理场耦合库preCICE进行耦合。通过三维竖直墙体在高爆轰作用下的运动过程验证求解系统的正确性,模拟结果展示的爆轰过程与Beyer报告中的爆轰波传播过程一致。求解系统具有良好的并行可扩展性,在网格总规模为510万单元的案例中,总并行度达256核的加速比为178,并行效率为69.5%。总体而言,通过集成各开源软件,实现了适用于爆轰波冲击响应的分离式流固耦合求解系统,对诸多工程应用具有重要的现实意义。     

航天器的有限时间时变滑模姿态控制方法设计

本文研究具有参数不确定性和外部扰动的航天器姿态控制问题.针对修正罗德里格参数表征的航天器姿态模型提出一种有限时间时变滑模函数,在此基础上设计一种有限时间收敛的滑模姿态控制方法,并证明其稳定性,给出控制参数的设计方法.该方法在保证系统渐近稳定的前提下,不仅能够实现姿态跟踪误差在有限时间内收敛,而且能够实现姿态跟踪误差在设定的时间收敛,且全局具有滑模动态确定的系统响应.通过仿真结果验证本文提出方法的有效性.     

一种用于深空探测的Chirp变换频谱分析仪设计与实现

根据深空探测对频谱分析仪抗辐射、高分辨率、低功耗的需求,研究一种基于Chirp变换的高分辨率频谱分析仪设计及其实现.利用中心频率为1GHz、带宽为400MHz、色散时间为10μs的声表面波滤波器,提出了一种模拟和数字相结合的高分辨率频谱分析仪设计方案,并搭建原理实验系统完成了实测验证,其分析带宽为400MHz,频率分辨率达到152kHz,功耗约为3.6W.分析了压缩线器件非理想特性对频率分辨率的影响,利用实测压缩线频率响应特性获得幅度和相位补偿曲线,对展宽线信号进行幅相失配补偿.仿真结果表明,该补偿方法可将频率分辨率提高至108kHz.     

细观周期性结构复合材料热固耦合双尺度渐进均匀化分析方法及有限单元法实现

针对周期性结构复合材料,根据稳态热固耦合平衡方程,将弹性矩阵和导热系数矩阵进行合并,将位移和温度作为空间场量同时进行小参数渐进展开,利用摄动理论和均匀化理论,推导并建立了周期性结构复合材料稳态热固耦合双尺度渐进均匀化分析方法。将复合材料力学分析从单一物理场推广到热固耦合场,为实现复合材料构件的热固耦合多尺度力学分析建立了基础。根据建立的偏微分方程式,利用变分原理推导得到其有限单元形式,用VC++6.0开发了热固耦合双尺度渐进均匀化分析程序。为验证该方法预测复合材料宏观等效性能的准确性,对纤维体积含量从20%到80%的单向纤维增强复合材料宏观等效参数进行了计算。当纤维体积含量低于65%时,得到的计算值与实验值吻合良好。更加真实地还原复合材料细观结构模型,计算精度将进一步提高。     

流-固-推进耦合下的机体/推进一体化性能分析

吸气式空天飞行器的一体化性能随扰动变化的敏感性高,在高马赫数飞行条件下,有必要开展流-固-推进耦合性能分析。针对机体/推进一体化布局的吸气式飞行器,明确一体化部件之间的耦合关系和耦合问题,利用CFD、有限元和准一维流方法,结合本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)降阶手段,建立吸气式空天飞行器流-固-推进多物理场耦合快速分析方法,并开展多场耦合特性分析。结果表明:(1)进气道压缩面的流-固耦合导致出口静压的最大振荡振幅约为平均静压的21.6%,而出口马赫数的最大振幅约为平均马赫数的8.45%。(2)进气道出口性能的振荡会影响发动机的推力性能,导致推力振荡幅值可达平均值的31%,且随着时间的推移,会在进气道外压缩流场产生大量的气动涡,涡结构进入进气道后会导致进气道出口性能的持续下降,进一步削弱了发动机的平均推力性能。     

叶片式预旋喷嘴出口流场实验研究

叶片式预旋喷嘴具有尺寸小,落后角大的特点。为了详细研究小尺寸预旋喷嘴的预旋性能,采用五孔探针对叶片式预旋喷嘴的出口流场进行了实验研究。测量了Ma=0.2,0.3时喷嘴出口的压力分布、速度分布和出口气流角度分布,实验获得了喷嘴的落后角和预旋效率,并进行了与实验工况相同的数值计算。通过实验获得的总压云图以及速度云图,可以发现叶片式预旋喷嘴的端壁二次流损失、尾迹损失严重,有明显的边界层分离现象。Ma=0.2时,喷嘴Re数为5.76×104,落后角2.84°,实验测得的预旋效率为0.73;Ma=0.3时,喷嘴Re数为1.06×105,预旋效率提高至0.77。实验模型端壁的影响使预旋效率实验结果偏低6.5%左右。数值结果与实验测得各参数符合较好:数值结果与测得的喷嘴出口截面平均总压、静压偏差在1%以内;出气速度、周向速度以及出气角度与实验结果偏差在4%以内。数值计算表明,叶片式预旋喷嘴的预旋效率基本不受压比影响,随Re数增大先增大后基本不变,最后基本稳定在0.85。     

离心力场对内燃波转子火焰传播特性的影响

为了揭示离心力对内燃波转子火焰传播特性的影响,建立了内燃波转子燃烧过程的简化模型,数值模拟了不同离心力场强度下波转子通道内的燃烧过程。研究结果表明,离心力只在一定范围内对火焰传播起到加速作用,且这种影响与预混气当量油气比Φ有关,当Φ=1.0时,作用范围为［0～250g］,在Φ=0.6,0.8时,作用范围为［0～700g］;离心力场对内燃波转子火焰传播特性的影响机制是导致火焰锋面变形,进而引起火焰传播速度变化。     

哨兵2卫星综合水质指标的河流水质遥感监测方法

上海市河流水污染监测是当前研究的热点问题。针对上海市河流水质监测的需求,提出了一种基于因子分析的河流综合水质遥感反演的方法。以欧洲航空局发射的哨兵-2A(Sentinel-2A)卫星搭载的多光谱成像仪获取的遥感影像,以及准同步获取的河流断面实测水质参数数据为例,研究对象为上海市青浦区和松江区部分河道。选取高锰酸盐指数、氨氮等5项主要水质参数为监测指标,在因子分析的基础上建立水质遥感反演的模型,得到综合水质指标用于确定水质类别。实验结果表明:综合水质指标值越小,内陆河流水质状况越良好,水体更清洁。该方法能够应用于内陆河流水质遥感监测,为水环境管理部门提供参考信息。     

账户型区块链可扩展存储模型

区块链数据持续线性增长,最终导致单个节点无法提供足够的存储资源,产生存储可扩展性问题。轻节点模型虽然极大地降低了对存储资源的需求,但是也导致全节点减少、去中心化程度降低,威胁区块链网络的安全。账户型区块链尚未有成熟的可扩展存储方案提出。考虑到状态数据的使用频率远远高于区块数据,提出一种基于账户型区块链的可扩展存储模型（SSMAB）。SSMAB以完全冗余的方式保存状态数据,保证其交易验证功能;以分片方式存储区块数据,降低冗余度;采用经济激励机制,在保证数据可用性的前提下,减少存储的消耗。实验结果表明:SSMAB模型能够保证数据的可靠性与可用性,将存储数据量降低到全节点模型的13%。      

环形扩压叶栅流动非定常控制方法的PIV研究

利用合成射流发生器对于一台环形扩压叶栅进行了流动主动控制的探索,发现适当的非定常激励方式可以使得环形叶栅的总压损失明显减小。同时利用二维粒子图像测速仪(ParticleImageVelocimetry,简称PIV)测量了扩压叶片绕流流场。获得了不同攻角下,在不同的激励频率和激励强度下,流场结构的变化。结果表明非定常激励可以使叶片绕流流场结构发生明显变化。在合适的非定常激励下,扩压叶片的叶背分离流动得到明显抑制,尾迹漩涡的强度和尾迹宽度均明显减小,流线分布比无非定常激励时更加平滑。实验结果能够与环形叶栅时均总压损失的变化相吻合。对于这一非定常控制方法的作用机理也进行了初步的分析。