Simulation Techniques for Cosmological Simulations

Modern cosmological observations allow us to study in great detail the evolution and history of the large scale structure hierarchy. The fundamental problem of accurate constraints on the cosmological parameters, within a given cosmological model, requires precise modelling of the observed structure. In this paper we briefly review the current most effective techniques of large scale structure simulations, emphasising both their advantages and shortcomings. Starting with basics of the direct N-body simulations appropriate to modelling cold dark matter evolution, we then discuss the direct-sum technique GRAPE, particle-mesh (PM) and hybrid methods, combining the PM and the tree algorithms. Simulations of baryonic matter in the Universe often use hydrodynamic codes based on both particle methods that discretise mass, and grid-based methods. We briefly describe Eulerian grid methods, and also some variants of Lagrangian smoothed particle hydrodynamics (SPH) methods.     

后掠翼对细长体中段大迎角绕流的影响

采用在细长体顶点处添加扰动块的方式使细长体的绕流具有确定性.研究了在大迎角下,后 掠翼对细长体绕流结构和气动力特性的影响.实验结果表明,在30°迎角时,细长体中段背 风侧的流动和压力分布受到后掠翼与头部背涡的双重控制.在迎角α=40°~60°范围内 , 后掠翼对细长体中段绕流起主控作用,使细长体中段背风侧流动呈现完全分离流状态,使得 中段背风侧的压力分布保持为均值.      

基于遗传算法的最优Lambert双脉冲转移

研究了初始位置和转移时间不固定的Lambert双脉冲轨道转移的数值解,用三 维图和截面图直观显示了初始位置、转移时间和速度增量的关系,并说明了其在实际工程任 务中的应用价值.基于数值解,提出了Lambert双脉冲轨道转移的优化问题.目标是找到最 优初始位置和转移时间,使燃料和时间的加权和最小.给出了遗传算法求解该优化问题的设 计步骤.该算法应用于2个算例:①平面圆轨道的燃料最优转移,并将遗传算法和Hohmann 转移的结果进行了比较;②椭圆轨道、初始位置有约束的燃料和时间最优转移.结果说明 了遗传算法寻找最优转移解是准确有效的.      

基于云模型的全局最优化算法

基于云模型在定性概念与其定量数值表示之间转换过程中的优良特性,结合遗传算法的基本思想,提出一种自适应高精度快速随机搜索算法,并将之运用到函数寻优中.在定性知识的指导下该算法能够自适应控制搜索空间的范围,较好地避免了传统遗传算法易陷入局部最优解和选择压力过大造成的早熟收敛等问题.算法易于实现,不存在遗传算法中的编码问题.试验结果表明该算法具有精度高、收敛速度快等优点.在众多优化问题上有广泛的应用前景.      

任意寿命分布的多部件系统备件配置优化算法

针对部件服从任意寿命分布的多部件系统,提出了基于蒙特卡罗仿真-边际效益分析的备件配置优化算法,采用蒙特卡罗仿真方法计算备件供应效能值,在此基础上引入边际效益分析法确定备件的优化配置.算例中以供应延误时间为供应效能目标值,以费用为约束条件,得到了由若干指数寿命件、正态寿命件和威布尔寿命件组成的多部件系统的备件优化配置清单,并对算法进行了比较验证,结果表明该算法对于解决复杂系统的备件优化配置问题具有良好的适用性.      

六自由度Stewart平台动力学模型的特性分析

根据六自由度Stewart平台的动力学模型,利用矩阵分析的方法详细分析和证明了动力学模型的一些物理特性:动力学模型系数矩阵的有界性,矩阵函数的斜对称性以及动力学模型的线性参数化. 这些工作为基于六自由度Stewart平台动力学模型的非线性控制器设计、系统稳定性的证明以及系统物理参数的辨识奠定了理论基础.      

一种复杂系统风险概率评估方法

对有限样本条件下的复杂系统风险发生概率评估问题,提出了小样本评估小概率事件的建模方法,通过非线性函数逼近累积概率与临界参数极值之间的映射关系.建立了风险概率评估数学模型,通过非线性回归方法得到了风险概率评估基本模型.对原始数据在评估模型中产生的误差作为目标函数,建立概率评估优化模型.并采用改进遗传算法对分布参数进行优化计算.以飞行安全为例,实现了有限样本情况下的飞行风险概率的计算,并通过最优逼近函数提高了计算精度.      

航天器机械可靠性特征量裕度的概率设计方法

提出了可靠性特征量裕度的概率设计方法,建立了可靠性指标、裕度系数和特征量设计值之间的定量关系,分别论述了航天器的机构传动裕度、密封件密封裕度、防热结构防热裕度、火工连接解锁装置装药裕度的概率设计方法,为航天器机械产品可靠性量化设计提供了技术途径。     

面向涡轮叶片方案优化的变保真度设计系统

提出了面向涡轮叶片初始设计的变保真度的多学科设计优化方法,建立了自动化的设计系统以提高设计效率.该系统集成了分析工具和设计团队以及数据管理系统,使得设计过程自动地运行.开始设计阶段使用基于经验公式的低保真度模型;优化中的三维仿真过程使用基于精确的流体分析和结构分析的高保真度模型.过程按照模型保真度的不同分3个阶段,渐近地获得最优解,同时考虑非设计点的优化.通过实验设计搜索并逐渐缩小设计空间,使得高保真度分析所带来的计算成本得以减少.最后以一个2级轴流涡轮的叶片初始方案设计验证了本设计系统.     

降落伞系统附加质量的研究

降落伞在减速系统中已被广泛地运用，但是其运动方程的确立，尤其是方程中的附加质量项，在中国却少有提及，为了弥补此点不足，文章对附加质量进行了较全面的阐述，从概念引入，在方程中的运用，确定方法及变化规律，到对稳定性的影响分析，对于降落伞此类轻质的，柔性的钝体，附加质量受到多种因素的影响，其规律可由试验数据得出，而由根轨迹图分析可知，附加质量对稳定下落时的降落伞系统稳定性有着重要影响。