高超声速喷管非平衡黏性流动的数值研究

分别采用平衡气体模型、化学非平衡气体模型和热化学非平衡气体模型,通过求解轴对称Navier-Stokes方程组,数值模拟了法国Marseille高焓激波风洞锥型喷管(H₀=10.3MJ/kg),分析了热化学非平衡效应对喷管流动的影响,给出了平动温度、振动温度、马赫数和组分质量数在轴对称线上的分布与喷管出口附近的速度和温度沿径向分布等结果。计算结果表明:化学反应速度加快,会导致喷管出口温度增加,振动能的冻结会导致喷管出口温度降低。     

物理学的困顿：数学是现实的根根基吗？

在19世纪中后期，麦克斯韦意识到光是一种电磁波。当时，他的方程组表明，光速应该是每秒30万千米左右。     

乘波机外形设计

计算了由锥型流理论、吻切锥理论及吻切轴对称理论生成的不同乘波机外形.结果表明,圆锥绕流流场生成乘波机外形的方法虽然比较简便,且生成的外形具有较高的升阻比,但进气道进口流场具有锥型流的性质而不够均匀,给发动机的工作带来不利影响.应用吻切锥、吻切轴对称理论与特征线方法结合起来进行反设计,可以得到更一般的乘波机外形,并且能有效地改善进气道进口流场,提高容积效率.此外,这几种方法的计算速度都很快,对进一步的优化处理及机身-发动机一体化十分有利.      

轴对称弹体级间冷分离流场数值模拟与阻力特性

为了揭示级间冷分离过程中前、后体阻力变化的机理,对低空超音速条件下轴对称弹体级间冷分离流场变化过程进行了数值模拟,得到了级间区域的2种典型流场结构及2种流场结构过渡阶段的演变特征,得到了前后两体阻力特性的变化规律。随着轴向相对距离的增加,级间流场结构由涡流主导向激波主导逐渐转变。在后体头部脱体斜激波形成时,后体阻力出现突增,后体对前体的影响基本隔绝。但在一段距离内,后体阻力的增加主要来源于头部脱体斜激波的增强,导致后体阻力仍远小于其单独飞行时的阻力,甚至小于前体阻力。另外,证明了采用分离前全弹阻力与分离后前体阻力之差计算分离初始后体阻力是合理且保守的。     

相变及炭黑杂质对氧化铝粒子流辐射特性的影响

基于Bruggeman有效介质理论与反向蒙特卡罗法计算了轴对称高温氧化铝粒子流在轴线正侧向辐射强度分布。采用Bruggeman有效介质理论计算多相态共存氧化铝粒子以及含少量炭黑杂质的氧化铝粒子的等效光学常数,以此为基础,通过反向蒙特卡罗法考察氧化铝粒子相变过程以及粒子中少量炭黑杂质对粒子流场轴线上辐射特性的影响。发现粒子相变过程中多相共存状态对高温粒子流场紫外波段辐射信号的影响不可忽略,氧化铝粒子中含有少量炭黑杂质就能够明显降低粒子流高温区间轴线上光谱辐射强度,当波长增加到近红外波段时,离喷口较近处轴线正侧向相对光谱辐射强度随着含炭黑量的增加而增大。     

正交各向异性层合圆板的非轴对称弯曲

利用层合板的宏观应力应变关系，从三维板壳理论入手，建立了对称铺设正交各向异性层合圆板在外载荷作用下弯曲问题的微分方程。考虑一个复合材料整星隔振适配器与卫星所组成系统的横向运动等效模型，计算出特殊正交各向异性层合圆环板在集中弯矩作用下的解析解，并与有限元计算结果进行对比，证明了解的正确性。     

欠驱动刚性航天器可行轨迹生成算法研究

研究了仅有两个独立控制力矩的轴对称欠驱动刚性航天器的可行轨迹生成问题。首先,由系统模型推导出轴对称欠驱动航天器可行轨迹必须满足的状态约束条件;其次,基于轴对称欠驱动航天器的微分平滑特性,提出了一种可行轨迹生成算法。该算法针对欧拉角姿态描述的系统模型,不仅能够有效地简化系统平滑变换中的奇异点避让问题,而且即使是在大角度机动的情况下,仍然能够保证轴对称欠驱动航天器的姿态角速度和相应的控制输入力矩始终保持在合理的范围内。仿真结果表明,该算法计算量小、计算速度快,这使得欠驱动航天器后续的轨迹规划和轨迹跟踪等算法的在线实际应用成为可能。     

一种改进模拟退火算法在非线性方程组求解中的应用

将非线性方程组的求解问题转化为求多元连续函数极小值的无约束优化问题,提出一种求解该优化问题的改进模拟退火算法,从而得到非线性方程组问题的高精度解,数值仿真结果表明了该算法是可行而有效的.     

预处理方法在叶轮机械三维数值模拟中的应用

应用预处理方法求解三维可压缩流动Navier-Stokes方程, 发展了一种适用于叶轮机械的既可以求解跨声速流动也可以求解不可压流动的数值模拟方法, 对NASA Rotor67和北航低速大尺寸压气机算例进行了计算, 计算结果与实验数据相吻合, 表明本文采用的预处理方法具有较大的工程实用性.      

一种新非轴对称端壁成型方法的数值研究

根据叶栅内部二次流形成和发展的机理, 应用正弦函数和多项式函数建立了一种叶栅非轴对称端壁成型方法.采用三维时均可压缩N-S方程组求解技术, 数值研究了采用所建立的非轴对称端壁成型方法设计的跨音速直列叶栅的流动特性, 分析讨论了建立的非轴对称端壁成型方法的效果及其对叶栅流动特性的影响.计算结果表明:所建立的非轴对称端壁可以有效地抑制和延迟叶栅通道中二次流涡系的发展, 沿整个叶栅流道内总压系数明显降低, 成型过程中幅值控制函数中最大幅值约占7.5%叶高为宜, 叶栅出口位置处总压损失降低了约5.6%.