一种基于双重空间网格结合的高效DSMC实现方法

基于双重空间网格结合策略，发展了一种高效率的贴体DSMC（direct simulation Monte Carlo）方法。通过将仿真分子在物理空间结构网格的位置坐标映射于计算空间的直角网格中，并在计算空间中完成分子所属网格单元的定位以及分子与边界是否发生作用的判断，从而结合结构网格的贴体性和直角网格的高效率计算的优点，提高DSMC方法的贴体性和计算效率。基于双重空间网格结合策略，通过直接映射和间接映射法分别建立DSMC程序，对微尺度收缩扩张喷管气体流动和超声速圆柱绕流进行模拟。数值结果表明：两种方法均很好地模拟出微喷管因尺度缩小导致的黏性效应和速度滑移现象以及超声速圆柱绕流发生的激波现象，具备有效性。与传统结构网格方法对比，两种方法的计算效率平均分别提高了3.85倍和2.85倍，具备高效性。     

超视距空战条件下舰载机空中巡逻研究

根据超视距空战条件下舰载机空中巡逻的特点,建立舰载机空中巡逻的战术行为模型；采用蒙特卡洛法对巡逻效果进行模拟统计,分析雷达最远发现距离、巡逻区间距、舰载机定常平飞距离、巡逻飞行航线类型与飞行协同方式对舰载机空中巡逻效果的影响；最终给出超视距协同空战条件下,舰载机空中巡逻的组织方法。     

稀薄流高超声速钝化前缘逆向射流流场特征研究

为准确预测稀薄过渡区逆向射流对稀薄大气的干扰流动特征，本文采用直接蒙特卡洛算法（DSMC），在自由流马赫数为7的情况下，对稀薄流中逆向射流干扰下的高超声速流动进行了数值模拟。计算中考虑了60～90 km高度的典型大气环境，研究了压比和自由流克努森数对压力、剪切力和热流密度的影响规律。结果表明，逆向射流改变了流场结构，且具有明显的热防护性能，但减阻效果不明显。逆向射流对高超声速稀薄来流的影响随压比的增加明显增强，形成的马赫盘大小也随之增加。高度的增加伴随稀薄效应不断增强，自由流克努森数增大，导致弓形激波厚度随高度增加而增加，壁面处的回流区范围不断减小至消失。这项研究初步揭示了稀薄流中逆向射流/高超声速流动相互作用的机制。     

临近空间高超声速稀薄流中梯形缝隙绕流分析

针对高超声速飞行器表面不规则缝隙的构型特征，将其简化为梯形缝隙模型；采用直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法对高超声速稀薄流中的缝隙绕流问题进行数值模拟；研究了不同的缝隙壁面倾角对流场结构以及壁面参数的影响，为航天器结构设计以及热防护设计提供了数值支持。结果表明：改变倾角会改变流场结构，当倾角减小时，外部流场会更深入缝隙内部，使得缝隙内流场和表面的气动参数增强，且倾角越小，影响的程度越深。同时，倾角减小也会减小缝隙内的旋涡强度，当倾角小于30°时，缝隙内的旋涡区域完全消失。     

基于蒙特卡洛-自适应差分进化算法的飞机容差分配多目标优化方法

针对飞机复杂组件装配过程中，由于装配偏差的非线性叠加导致通用容差分配模型优化方法存在精度误差和效率低下的问题，提出一种容差分配模型多目标优化方法。首先，分别面向制造成本、装配性能、质量损失构建基于替代工艺的容差分配模型，并采用最优化理论建立多目标优化模型。然后，提出基于蒙特卡洛-自适应差分进化算法的多目标优化策略，其中基于装配偏差传递的图树模型提取偏差的非线性关系模型，结合提取的非线性关系模型采用蒙特卡洛方法对初始样本进行前处理，以提高初始种群的多样性；自适应差分进化算法中的突变阶段采用Lévy flight概率分布进行改进提高全局搜索效率和鲁棒性。通过飞机登机门组件验证容差分配方法，结果表明所提方法能够更加精确、高效的优化容差分配。相比于初始容差分配，优化容差分配结果使得制造成本降低了21.78%,质量损失降低了11.12%,装配性能提高了12.28%。     

多空间机器人协同工作空间的数值求解方法

针对未来在轨服务过程中，可能遇到单个空间机器人难以独立胜任的应用场景，需要多个空间机器人协同操作，但目前针对多空间机器人协同工作空间的研究很少。考虑到解析法计算工作空间难度很大，提出了一种基于蒙特卡洛法的一般协同工作空间数值求解方法。再进一步针对空间机器人协同的特殊性，提出了广义协同工作空间的概念，并给出了数值求解方法。仿真结果表明，基座姿态约束会引起协同工作空间的缩小，同时广义协同工作空间的范围明显大于一般协同工作空间。所得结论可以为空间机器人任务设计与规划提供参考。