面向航天器系统级测试的虚拟测试方法及应用

航天器总体设计正确性和接口实现正确性的及时验证,是提高航天器这类复杂系统可靠性的重要手段。本文提出一种基于模型检测的虚拟测试方法。方法采用窗口树模型(WTM)对复杂系统进行建模,采用状态转移图(STG)作为系统规约刻画系统行为的正确性。方法通过提出基于自动机的模型检测机制,实现了一种面向航天器系统级测试的虚拟测试平台(VTP)原型系统。该平台支持虚拟测试准备、虚拟测试执行和虚拟测试评估等功能,模拟并实现复杂系统总体设计正确性的验证和接口实现正确性的验证。     

受周向扰动的涡环的直接数值模拟

采用作者自己发展的柱坐标系中的谱方法对受周向扰动后的涡环的非线性演变过程以及向湍流转捩的初期行为进行了直接数值模拟。结果表明，在自诱导与整体应变场的作用下涡线逐渐前倾，与z轴成45°角，并逐渐拉伸，扰动增长的结果是小尺度运动以能量级串方式逐渐生长，最终向湍流转捩；与稳定性预测一致，扰动波不沿周向传播。     

烧蚀外形转捩流动的数值模拟

本文采用雷诺平均Navier-Stokes方程和修正Baldwin-Lomax代数湍流模型,以Roe二阶流通量差分分裂格式进行离散,数值模拟了典型烧蚀外形的高超声速流场,重点讨论了流动转捩的判定及其与复杂流态的关联.结果表明:数值模拟出的球钝锥外形转捩点位置与工程估算结果符合较好;对工程估算中存在困难的奶头状凹陷烧蚀外形,数值模拟也可给出符合流场结构的转捩点位置.     

边界层转捩的数值模拟

在数值模拟中将Abu-Ghannam&Shaw(AGS)转捩模型引入到湍流模型中,以考虑流动中的层流和转捩现象,并在此基础上,分别对低雷诺数情况下的平板和涡轮叶栅流动进行了模拟,并与实验结果进行了比较,表明加入转捩模型可以较好地描述边界层的转捩过程。同时,结果还表明AGS转捩模型对压力梯度变化较大情况下的模拟稍有偏差。      

Search for Signatures of a Coronal Hole in Transition Region Lines Near Disk Center

The analysis of data taken by SUMER near disk center, where a small coronal hole is observed in EIT images, is performed. From the measurements of Doppler non-thermal velocities and intensities, we search for the diagnostics and the signature of small scale structures in the coronal hole using transition region lines. Transition region lines in the range of 7 × 10⁴ K to 2.5 × 10⁵ K have a non-thermal velocity excess of 4.0 to 5.5 km s^-1 relative to the contiguous quiet Sun. While the average intensity is lower in the coronal hole than in the quiet area, this result shows an increase of turbulence at the base of the high speed solar wind. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

钝体头部“逾越”型转捩的直接数值模拟

通过直接数值模拟,研究了钝体头部边界层“逾越”型转捩的问题。在计算上,利用高阶紧致差分格式和高分辨率的无反射边界条件,求解全N-S方程,并将局部有限幅值扰动直接引入到钝体头部的曲面边界层中。摈弃了目前国际上通常采用的周期边界条件,以及以平板代替曲面的做法。结果表明:流场转捩的发生与一种类似“发卡”状的拉伸结构出现有关,而国外的计算结果中并未发现这一结构。此外,流场的失稳过程和物理图像也存在较大差异。这说明国外目前的做法和结论是值得商榷的。同时,模拟的结果也说明,这种方法对研究大扰动转捩来说是一条行之有效的途径。      

DELAMINATION FORMATION AND DELAMINATION PROPAGATION OF COMPOSITE LAMINATES UNDER COMPRESSIVE FATIGUE LOADING

Fatigue tests of the smooth composite laminates and the notched composite laminates under compressive cyclic loading have been carried out. The damage mechanism is discussed and analyzed. Damage evolution is monitored using stiffness decay. From these tests, it is found that the initial delamination occurs at the free boundary of smooth specimens, or the notch boundary of notched specimens, subjected to the compression-compression cyclic load. A point of view in relation to two-phases of compression fatigue delamination of composites is proposed, namely, compression-compression delamination consists of the delamination formation phase and the delamination propagation, and there is a “damage transition point” to separate this two-phases. Furthermore, an empirical modulus degradation formula and its parameters fitting method are presented. According to the test data handling results, it is shown that this formula is univocal and can fit the test data conveniently. In addition, two kinds of new anti-buckling devices are designed for these tests. At last, the E-N curves, the D-N curves and the S-N curve of the smooth carbon fiber reinforced composite laminates of T300/648C are determined to predict the fatigue life of the notched composite laminate. And the E-N curve of the notched specimens at the given load ratio R=10 and minimum load P_min=-0.45　kN is also measured to verify the estimated result of fatigue life.     

RBF网络用于边界层转捩中抽吸流优化控制

 在抽吸气流控制边界层转捩问题中 ,将径向基神经网络用于抽吸流速与转捩位置间的函数关系建模 ,构造了网络结构 ,利用一组两通道抽吸流控制转捩的实验数据训练网络 ,获得了优化的网络参数。在此基础上 ,利用训练网络所获得的输入 /输出关系模型求解了最优抽吸流速。结果表明 ,RBF网络可有效地应用于边界层转捩主动控制中的系统函数关系建模。     

通过预成形降低内高压成形压力的机理分析

采用力学分析和有限元模拟对空心零件圆角部位在内高压成形过程中的应力分布和变形机理进行了分析,针对多边形截面空心件内高压成形,以矩形截面为例提出采用花瓣形预成形截面降低圆角成形压力的方法,分析了该方法降低圆角成形压力的机理,提出了花瓣形预成形截面形状关键参数计算公式,并通过试验进行了验证,为采用较低压力实现空心构件圆角内高压成形提供了理论指导.     

基于改进CST参数化方法和转捩模型的翼型优化设计

为提高翼型优化设计效率,增大设计空间,采用B样条基函数替代传统的形状类别函数(CST)方法中的Bezier多项式,增强了对翼型参数化表达的局部控制能力并提高了翼型局部表达精度。为了确保翼型在优化设计过程中的几何光顺特性和代理模型的准确性,采用小波分解技术提出了多分辨率翼型的局部光顺方法。采用基于本征正交分解(POD)的流场数值代理模型,并结合γ-Reθt转捩模型实现了快速准确的气动力与流动转捩预测。采用小波技术光顺的CST翼型参数化建模、POD流场数值计算代理模型以及γ-Reθt转捩模型,结合遗传算法建立了完整的翼型气动优化设计系统。针对低速层流翼型与超临界翼型进行优化设计,优化设计后的翼型升阻比分别提高了47.42%和45.85%,且对改进前后参数化建模方法的优化性能进行了对比,结果表明本文构建的翼型气动优化设计系统具备很高的优化效率。