共轴刚性双旋翼/机身干扰流场数值模拟

采用滑移网格技术求解Navier-Stokes (RANS)方程的方法,研究了共轴刚性双旋翼/机身的干扰问题。通过Caradonna-Tung旋翼、Robin直升机、Maryland直升机旋翼/机身干扰和Harrington 2共轴双旋翼等算例,验证了所提出的旋翼流场数值模拟方法的正确性。在此基础上,以Maryland机身为原型,分析了不同桨距的共轴刚性双旋翼与机身之间的干扰特性。结果表明:所提出的数值模拟方法能够很好地模拟共轴刚性双旋翼/机身的气动干扰特性;由于机身对于共轴刚性双旋翼下洗流场的阻滞作用,旋翼的悬停效率增加5%左右,并且随着拉力系数的增大使得悬停效率的增量更加明显;旋翼的悬停效率增加主要来源于下旋翼0°方位角附近的桨叶升力系数的增大,并且拉力系数的增量由桨根向桨尖方向逐渐减小。      

偏心撞击对撞击式喷嘴雾化特性的影响

为研究偏心撞击对撞击式喷嘴雾化特性的影响,建立了求解自燃推进剂冷态射流撞击雾化过程的数值模拟方案,计算了不同偏心度条件下的射流撞击雾化过程。采用树形自适应加密算法直接求解不可压Navier-Stokes方程组,由分段线性的流体体积(VOF)方法对流体界面进行捕捉。结果表明偏心撞击会导致雾场发生偏转,当无量纲偏心度E为1/8时,雾场偏转角度约为9.2°,应控制加工偏差小于该值。随着偏心度的增大,液膜的偏转角度增大,理论推导得到的液膜偏转角度要小于数值计算得到的液膜偏转角度。正心撞击时燃料与氧化剂流强峰值接近,雾场的流强分布呈单峰分布。当发生偏心撞击时,由于燃料与氧化剂部分射流未参与撞击导致流强峰值出现交错,雾场的流强分布呈双峰分布,混合比的空间分布发生较大改变。正心撞击时撞击点下游液滴的速度分布近似呈轴对称分布,而偏心撞击之后的速度分布则呈中心对称分布。偏心撞击导致的射流动量损失使得雾化性能变差,当无量纲偏心度E为1/8时,一甲基肼(MMH)的Sauter平均直径增大约4.8%,四氧化二氮(NTO)的Sauter平均直径增大约5.8%。      

摆线桨非定常动态失速的三维效应

对摆线桨三维全尺寸模型进行了非定常数值模拟。验证了两种嵌套网格方法的可靠性与适用性,针对二维/三维情况下摆线桨非定常涡流动特性及诱导分离特性开展了数值分析,重点研究了展向气动力随方位角的分布与全局流场的诱导速度分布,并分析了尾迹捕捉精度与涡量耗散特征。结果表明:受摆线桨切向速度、展向诱导速度等三维效应影响,两种计算结果的瞬态气动力极值差值达到44%。三维动态失速涡的产生、脱落与再附明显弱于二维翼型情况,这对于摆线桨非定常气动特性有较大影响。      

基因方法在网格结点位置优化中的应用

将基因方法应用于网格结点位置的优化中。文中首先简单介绍了基因优化方法中基于达尔文进化论和Ｍｅｎｄｅｌ基因理论的基本原理,其中包括插索空间表达、三个基因作用器（选择、交配和变异）等要点;然后着重阐述了相关偏微分方程的离散误差和三角形网格几何形状的适应度函数的定义、结点位置的二进制基因表达及基因方法的优化进程。离散误差是在二次非连续彭鼓包（ｂｕｍｐ）函数的空间中近似定义的,并且在点移动过程中相关解的二     

外挂物投放问题的二维非结构动态网格技术研究

以动态网格守恒型方程为控制方程,在二维非结构网格基础上发展了弹簧式光顺法和局部网格重构法两种动态网格变形技术。结合运动轨迹计算方程,将动态网格法应用于飞机外挂物投放问题中,成功模拟了导弹自由投放的整个过程,获得了详细的包括弹体运动速度、运动轨迹和受力情况等在内的丰富的流场信息。成功的应用不仅验证了动态网格法的可行性;而且也表明,动态网格法的进一步完善与发展将成为解决外挂物投放问题的有力工具。     

高速磁浮列车会车压力波数值计算研究

根据可压缩粘性流体的N-S方程和k-ε双方程湍流模型,运用移动网格技术,采用有限容积法对磁浮列车以500 km/h速度运行时的会车压力波进行了数值计算研究,计算结果与现车试验结果相差10%以内,表明了本文计算模型和方法的正确性;文中还研究了交会过程中列车周围的流场分布,结果表明:当列车交会时,两车之间的流场相互叠加,而两车之外的流场分布在整个交会过程中变化不大。     

卫星遥感农业监测系统中权重优化的实例修改算法

针对播种机设计过程需求获取的复杂性和可用性低等问题，采用遥感等技术动态监测土壤、农作物生长过程中的一些参数，以优化设计需求特征，并以此为基础，提出改进的混合权重实例修改算法。该算法以相似实例检索为前提，以相似实例集中的特征相似度、问题-解特征间的关联度、问题特征间的自相关度为因子，通过矩阵乘法来构造解特征混合权重矩阵，进行实例修改。将其应用到铲式播种机的数字化设计系统中，以实现智能设计。研究结果表明新算法能有效提高机械设计结果的可用性和准确度。     

基于硬件加速的真三维显示体素化算法

提出了一种新的体素化算法，利用显示硬件支持二维光栅化算法和新的可编程控制功能，提高了体素化算法的效率。该算法通过逐层处理的方式将三维数据离散成为一系列的切片，利用硬件渲染完成切片的光栅化操作，将最终的光栅化结果组合成为体数据表达。算法利用可编程图形处理单元（GPU）的大规模纹理、动态顶点数据和灵活的纹理数据操作等特性，有效地降低了系统压力，提高了算法效能。实验证明，该算法满足真三维显示技术的要求。     

非结构网格上Euler方程有限体积解法的改进

对二维非结构三角形网格上Euler方程有限体积解法的格点格式进行了一些改进，重点在于提高数值解的精度，细致处理人工粘性项的尺度因子以及对该项建立适当的边界条件；发展一种新的基于最长边剖分的三角形网格自适应加密方法。采取多步Runge—Kutta格式推进、当地时间步长、隐式残值光顺等措施加速迭代收敛。文末给出的数值结果非常接近于参考文献中结构网格上的结果，验证了所发展数值方法的精确性。     

基于能量等效的直齿锥齿轮时变啮合刚度计算

针对直齿圆锥齿轮啮合刚度的计算问题,从微元思想出发,将变截面齿廓划分为若干等截面微段齿段,基于能量等效建立微段齿段啮合刚度计算模型,并利用积分方法获得单齿啮合刚度。此外,基于力平衡和变形协调条件进一步提出了齿轮时变啮合刚度计算模型,同时根据几何关系导出了相应传动误差计算式。利用有限元分析对解析计算模型进行了验证,并分析了误差来源。结果表明:利用该模型不仅能够将直齿锥齿轮啮合刚度计算精度保证在2%以内,还达到了快速求解的目的。