离散速度方法及其在跨流域问题中的应用研究进展

往返大气层跨流域飞行器的气动力和气动热计算一直是当前流体力学研究的难点和热点之一。由于该类飞行器面临的流动场景不再是单一的连续流或稀薄流,采用Navier-Stokes方程求解器或DSMC方法均不能获得全流域的准确结果。近年来,以不依赖于连续性假设的Boltzmann模型方程为基础,通过在位置空间和速度空间同时离散求解该方程,实现了跨流域问题的统一求解。本文对该类算法的研究进展进行回顾和分析,着重介绍气体动理论统一算法（Gas kinetic unified algorithm, GKUA）、统一气体动理学格式（Unified gas kinetic scheme, UGKS）和改进离散速度方法（Improved discrete velocity method, IDVM）3种数值途径,分析它们的基本假设和实现方式,关注它们目前取得的进展和应用情况。同时,本文还将IDVM进一步扩展到非定常情形,以便用于非定常跨流域问题求解。最后,本文对该类算法存在的一些问题进行讨论,期望在后续的研究中能予以解决。     

Normal Form理论中矩阵表示论方法的改进

对于n阶一般的非线性动力系统，根据线性算子的不变子空间理论和共轭长子概念，提出一种计算其规范形的新的矩阵表示方法。使用本文方法，无需预先确定相应的规范形类的结构，并且由于所使用的子空间与系统的维数和规范形的阶数没有直接关系，而仅由给定的矢量场决定，因此能成功地用于高阶和高维问题的计算，文中除给出最小空间的构造方法以及在这个子空间上如何求解同调方程外，还用计算机代数语言Mathematica编制了计算程序。最后，算例说明了本文方法是有效的。     

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。     

基于基因算法与博奕论的翼型跨音速Euler方程气动优化

将基因算法与博奕论中的 Nash平衡相结合 ,构建了多目标基因优化算法—— Nash基因算法 (NashGAs) ,并对初始翼型为 NACA0 0 1 2二维翼型进行给定跨音速流动下的形状增升优化。计算中应用 Bézier曲线对翼型形状进行参数化 ,避免了非流线型的不合理形状产生 ;采用有限元非结构网格 AUSM+通量分裂格式Euler方程数值解进行个体适应度值评估 ;应用动态网格技术调整计算网络 ,节约了 CPU机时 ;最后给出了优化结果     

一种考虑平均应力松弛的多级硬化本构模型

在无屈服条件的粘塑性本构理论框架内, 提出了关于内变量和内应力以及材料具有不同硬化趋势的假设, 并在Bodner-Partom模型的基础上, 发展了新的内变量演化模型, 即双级硬化模型(Two StagesHardening, TSH模型)和多级硬化模型(Multi-Stages Hardening, MSH模型), 提高了Bodner-Partom模型对同时模拟应变率相关单调拉伸和循环特性的精度, 特别是增强了对Ratcheting的模拟能力, 使得无屈服条件的本构方程以较高精度模拟Ratcheting成为可能.并将TSH模型和MSH模型用于Udimet720Li材料高温非弹性变形特征的描述, TSH模型改善了B-P模型在模拟单调拉伸和循环硬化方面的精度, 但MSH模型在描述非对称循环载荷下平均应力松弛和Ratcheting应变方面具有更强的能力.      

磁控等离子体对尾喷管壁传热特性的影响

根据磁场作用下等离子体的湍流和传热能力将受到抑制的现象, 提出利用磁场控制低温等离子体隔离高温燃气与喷管壁的方法, 以减少高温燃气对壁面的传热, 从而达到降低壁面温度的目的.分别建立诱导磁场方程求解洛伦兹力和磁场作用下的k-ε湍流模型求解湍流粘度, 数值模拟了不同强度磁场作用下的磁控等离子体流动和传热特性.结果表明, 磁场能够有效地抑制湍流强度, 降低传热能力, 从而有效地降低壁面温度;并且磁场越强, 效果越明显.      

基于L2增益综合的导弹非线性鲁棒控制方法

针对一类大攻角导弹鲁棒控制器设计问题,首先建立非线性L2增益综合问题中的HJI不等式与非线性最优控制中的HJB偏微分方程在结构上的相似关系,然后结合求解HJB问题的θ-D方法,给出了一类包含模型不确定性的非线性系统L2增益控制器的求解方法,利用该方法能够得到满足HJI关系的近似状态反馈控制律的解析解。最后,以大攻角导弹俯仰通道鲁棒控制器的设计为例验证该方法的性能。数值仿真表明,这种设计方法具备良好的动态性能并且对于模型不确定性具有较强的鲁棒性。     

基于兰彻斯特方程的信息支援效能研究

现代空战是在信息支援的背景下进行的,信息是作战航空综合体作战效能的"兵力倍增器".在兰彻斯特基本方程的基础上,分别定量分析了在完全信息支援、无信息支援和不对称信息支援条件下的作战双方兵力变化情况,重点是解析出兰彻斯特方程在不同情况下的时间解,并用曲线的形式给出.结果表明,在信息支援下,作战航空综合体的作战效能显著提高.     

用动态非结构重叠网格法模拟三维多体相对运动绕流

 发展了动态非结构重叠网格技术。本文提出了基于阵面推进的相邻单元搜索算法和适合于高阶空间离散格式的网格间插值关系定义方法,前者提高了非结构重叠网格在模拟多体间具有大幅相对运动的非定常问题时网格处理的效率,而后者保证了网格间边界附近流场求解精度;本文非定常Euler方程的求解采用有限体积法,通量计算采用Osher格式,时间积分采用双时间步长推进。为验证本文提出的方法,分别对定常M6机翼绕流和机翼下外挂物投放过程的非定常绕流进行了模拟,结果表明本文提出的方法提高了非结构重叠网格在模拟多体间具有大幅相对运动问题时的效率,保证了网格边界处的精度,具有较高的工程应用价值。