国家数值风洞(NNW)工程中的CFD基础科学问题研究进展

计算流体力学（CFD）基础理论方面的持续创新对数值模拟软件的功能拓展及推广应用具有十分重要的意义,国家数值风洞（NNW）工程在CFD相关的若干关键基础科学问题上开展了研究。简要综述了国内各参研团队近3年的研究进展,NNW工程在转捩与湍流模型及计算方法、多相多介质计算模型与方法、多物理场耦合计算模型与方法、高精度数值计算方法等方面形成了一系列阶段性的研究成果,建立了多种原创算法与模型。这些算法与模型中具有较高成熟度的将被集成至NNW工程的相关软件,并面向全国发布。     

构建非结构网格高精度有限体积方法的新途径

综述了笔者所在研究团队在发展非结构网格紧致模板高精度有限体积方法方面的研究进展。非结构网格二阶精度有限体积方法在各类商用和自研计算流体力学（CFD）软件中得到了广泛应用。当进一步提高精度时,遇到的主要困难是高阶有限体积方法重构模板过大的问题。这已成为发展非结构网格高精度有限体积方法的主要技术瓶颈之一。近年来,为解决此问题开展了系统研究。基于首先提出的操作紧致性概念,先后提出了3种紧致模板高精度重构方法,包括紧致最小二乘重构、变分重构和多步重构。这些重构方法的共同特点是可在只包含面相邻单元的紧致模板上实施,并达到任意高阶精度。综述了这3种方法,对这些方法的构造思路、实施策略和进一步发展做了概要的阐述。其中变分重构方法将作为非结构网格高精度有限体积方法的方案之一,在国家数值风洞（NNW）工程中得到发展及应用。     

基于人工神经网络的可压缩湍流大涡模拟模型

在国家数值风洞（NNW）工程项目的指导下，空间人工神经网络（SANN）模型被用于强可压缩湍流大涡模拟（LES）研究，其中流场的湍流马赫数分别为0.6、0.8、1.0。基于湍流的多尺度空间结构特性和人工神经网络方法发展的高精度空间神经网络（SANN）模型适用于不可压缩湍流和弱可压缩湍流。对于强可压缩湍流，流场中会出现激波结构，给大涡模拟带来了挑战。本文的研究结果表明：SANN模型适用于强可压缩湍流的大涡模拟。在先验分析中，SANN模型预测的亚格子应力和亚格子热流的相关系数超过0.995，远远高于梯度模型和近似反卷积模型等传统模型；传统模型的相对误差大于30%，而SANN模型在这方面有很大的改进，相对误差低于11%。在后验分析中，与隐式大涡模拟（ILES）、动态Smagorinsky模型（DSM）、动态混合模型（DMM）相比，SANN模型能更精确地预测能谱、各类湍流统计特性以及瞬态流动结构。因此，基于湍流多尺度空间结构特性的人工神经网络模型加深了人们对强可压缩湍流亚格子建模的认识，同时可以服务于NNW工程的流体力学模型构造。     

某型分系统电磁兼容优化设计

以某型分系统研制过程中的电磁兼容设计为例，结合实际需求，提出了系统电磁兼容设计过程中干扰 源抑制和传播路径的优化设计方法，实现了从分系统电磁干扰源、耦合路径、信号完整性和结构搭接屏蔽的电 磁兼容优化设计，为系统电磁兼容设计提供了思路，具有重要借鉴意义。     

光线示波器振子的选用

为了准确地测量记录各种被测信号，应当正确地选用振子的固有频率的阻尼，适当地选取被测信号大大小，保持信号源内阻Ｒｉ与振子的内阻ｒｇ相匹配，同时要正确地调整光点位置，以减小圆弧误差。     

国家数值风洞(NNW)工程中的黏性自适应笛卡尔网格方法研究进展

相比传统的结构和非结构网格,笛卡尔网格具有自动化和高质量兼顾的优势,是未来网格技术发展的重要方向。面向笛卡尔网格生成软件开发需求,依托国家数值风洞（NNW）工程,介绍了黏性自适应笛卡尔网格技术相关课题的研究工作进展,重点从网格生成技术、自适应方法、黏性物面边界处理方法等方面展开。网格生成技术方面,基于全线程树数据结构的思想,开展了叉树数据结构的优化;针对物面离散单元信息的快速检索,构建了稳定、平衡、高效的叉树式物面网格数据结构;对于网格单元类型的判断,发展了染色方法和包围盒方法以提高效率;针对大规模网格量,发展了高性能并行计算技术。自适应技术方面,发展了基于几何特征和流场解特征的自适应方法,建立了流场结构捕捉判据,并开展了三维复杂构型的应用;为了降低全局网格规模,发展了各向异性自适应方法,构建了各向异性特征识别的综合判据;发展了边界层法向射线加密技术,以减少边界层内的网格数目。物面边界处理方面,发展了重叠笛卡尔网格方法,构建了重叠网格尺度匹配技术和数据交互方法;开展了壁面函数方法在笛卡尔网格框架下的适应性应用,以放宽壁面网格尺度限制、降低边界层网格规模,并通过典型算例验证了方法的可靠性。     

江西省齐云山自然保护区的蕨类植物区系

对齐云山自然保护区蕨类植物资源进行调查和文献研究,记录该地区蕨类植物40科86属230种.分析表明:(1)该保护区中蕨类植物的优势科、优势属均表现明显,优势科有鳞毛蕨科、金星蕨科、蹄盖蕨科、水龙骨科和凤尾蕨科等,优势属有鳞毛蕨属、凤尾蕨属、卷柏属、铁角蕨属和短肠蕨属等;(2)属的区系地理成分划为4大类,热带分布的属占优势,为总属数的60.5%,世界分布属占20.9%,温带分布属占17.4%,中国特有属占1.2%;(3)种的区系地理成分也可划为4大类,温带分布种(114种)所占的比例最大(49.6%),热带分布种占有较大的比例(30.0%),中国特有种占18.7%,世界分布种占1.7%;(4)在种的相似性上比较,该保护区与井冈山的相似性系数最高(59.7%),而与大瑶山的相似性系数最低(36.7%).     

基于两步优化策略的结构网格负载平衡

国家数值风洞（NNW）工程旨在发展完全自主知识产权的计算流体力学（CFD）软件,结构网格负载平衡问题研究是该工程中的一个重要组成部分。本文发展了两步优化策略以求解结构化网格的负载平衡问题。第1步优化采用传统的贪婪算法,完成对大块网格的剖分和以进程计算时间为指标的网格块分配;第2步采用遗传算法（GA）,目标函数兼顾进程计算时间和通信时间,在第1步优化结果的基础上,对网格块在进程上的分配开展二次优化。为准确计算GA的目标函数,构建了一套计算时间和通信时间的建模方法,包括样本生成、模型建立和模型验证,整体方法具有一定的通用性。根据负载平衡问题以及两步优化策略的特点,对GA的编码、交叉、变异和种群初始化进行了研究,详细分析了交叉操作的递归问题及解决方法。算例验证说明建立的进程计算时间和通信时间模型具有较高的计算精度,能够用于GA的目标函数计算;两步优化策略能够在第1步优化的基础上进一步改善优化结果,从而减少CFD问题的整体计算时间,对于计算量巨大的工程问题具有较大的实用价值。     

某型飞机副翼作动系统静刚度与自然频率设计研究

民用FBW系统飞机提高舵面抗振性的主要措施有:操纵舵面质量平衡法;利用作动器阻抗,包括提高作动系统静刚度和自然频率,改善作动系统阻尼特性;气动平衡法;主动颤振抑制(闭环控制).民机作动系统设计中一般从以上4个方向同时着手,提高作动系统抗振性.从提高作动系统静刚度和自然频率着手,研究了某型飞机法兰式安装下等效刚度计算方法,得出了副翼作动系统自然频率范围.计算结果表明,主机所与供应商共同确定的静态刚度参数满足作动系统颤振抑制的最小自然频率要求,供应商可采用这些参数进入作动器静态刚度详细设计阶段.     

冰灾对车八岭山地常绿阔叶林区系和群落的影响

研究了2008年年初南方冰雪冻雨灾害对车八岭常绿阔叶林不同区系的冠层植被所造成的影响.结果显示,研究样地内温带分布的乔木受损比例高于热带分布的乔木受损比例.X~2检验说明不同区系间的冠层乔木个体受损比例差异显著(P<0.01);东亚分布及其变型受损个体比例最小,热带亚洲至热带非洲分布及变型、东亚和北美间断分布及其变型、热带亚洲分布及其变型受损个体比例较大.冠层乔木都以重度受损为主,中度受损和轻度受损个体数都远小于前者.CCA多元分析显示,株数密度、平均胸高断面积、坡度、海拔各自对不同物种的受损乔木的分布有显著影响(Monte Carlo test,P=0.010 0).优势种米槠Castanopsis carlesii受损植株的分布与群落的平均胸高断面积显著正相关;亚优势种栲Castanopsis fargesii、鸭公青Neolitsea chuii、尾尖叶柃Eurya acuminata受损植株的分布与坡度显著负相关;亚优势种荷木Schima superb与海拔显著正相关.总之,在相同的生境中能够占据林冠优势层的区系类型往往受灾更严重.