FlowStar:国家数值风洞(NNW)工程非结构通用CFD软件

计算流体力学（CFD）仿真软件是流体相关的数学物理知识和工程实践经验的数字化表达,是工业数字化转型的重要助推。然而,大型工业CFD软件研发难度极高,需要同时兼顾功能多样、系统稳定、性能优越、交互友好等特征。依托国家数值风洞（NNW）工程,研发出一款通用流场模拟软件NNW-FlowStar,并在航空、航天等工业部门大力推广使用。软件基于非结构有限体积求解方法和大规模并行计算技术开发,结合现代化软件工程思维设计,具备先进的数值方法、高效的计算效率和友好的用户操作界面,可满足各类复杂外形的高效气动模拟。独特的重叠网格技术配合六自由度运动模块,可帮助实现武器分离、舱门定轴转动等各类气动-运动协同仿真需求。多类标模案例和复杂工程应用表明,FlowStar软件算法鲁棒、精度可靠,是一款高精度、高效率、高可靠性的通用CFD仿真软件。通过对软件的架构设计和功能应用进行介绍,使相关从业人员能更好地了解FlowStar软件,最终促进国产自主CFD软件生态的良性发展。     

采用TLC方法的超机动飞行控制系统设计

基于轨迹线性化控制(Trajectory linearization control,TLC)方法,研究了超机动飞机飞行控制系统的设计问题。首先简要介绍了TLC方法的设计思想;然后根据奇异摄动理论,将超机动飞行控制系统分成快慢两个回路,并为其分别设计了轨迹线性化控制器;最后分别用所设计的控制器和已有的动态逆控制器对某型歼击机进行了赫布斯特机动仿真。仿真结果和对比分析表明,所设计的TLC控制器是有效的,且比动态逆控制器具有更好的控制跟踪性能。     

粉末气溶胶抑制热喷流红外辐射数值模拟

利用Mie理论计算获得有关气溶胶颗粒的散射特性参数,采用Fluent软件数值模拟研究粉末气溶胶环热喷流喷射对其红外辐射传输的影响特性.探讨了颗粒粒径、气溶胶喷射量、喷射速度、喷射角度对红外辐射抑制特性(3～5 μm)的影响规律.计算范围内显示:气溶胶颗粒粒径对红外辐射抑制的影响显著;热喷流外保持具有一定浓度、厚度的气溶胶层是提高红外抑制效果的有效途径.     

附壁射流元件的仿真研究

以数值模拟为主要手段,研究一种附壁射流元件内部流场的速度分布和压力分布,并研究其非定常流动机理.提出主射流的偏转是由主射流两侧的压差导致射流偏斜,进而形成一低压涡流区,低压涡流诱导主射流附壁.附壁射流元件的偏转特性与其几何结构和流体雷诺数有关.在此基础上,用仿真模型模拟流场,优化结构,研究特性,为此类型附壁射流元件的结构改进、优化设计和应用提供了有效途径.     

刀具变形引起的球头铣刀加工误差建模

针对数控加工中刀具变形引起的加工误差问题,以球头刀具为研究对象,通过建立球头刀具铣削力模型和刀具受力引起的变形模型.对球头刀具变形引起的加工误差进行研究,建立球头铣刀刀具变形引起的加工误差仿真预测模型;在数控加工几何仿真和铣削力仿真的基础上开发了球头铣刀刀具变形引起的加工误差仿真预测功能,并集成到数控加工仿真系统中用于刀具变形引起的加工误差预测.加工验证实验表明所提出的球头铣刀刀具变形引起的加工误差模型预测的可靠性.     

基于多传感器组合的高转速弹体姿态测试

针对以往三轴磁传感器和加速度计组合测量高转速弹体姿态的不足,提出了一种新的姿态测量方案。该方案由两个磁传感器和两个加速度计以特定的方式安装及相应的解算方法组成。说明了传感器的布阵方式,并给出了弹体姿态解算的数学模型和解算方法。该解算方法包括Magsonde Window和最值之比的证明以及姿态角解算的理论分析,最后对此方案进行了建模与仿真。仿真结果表明,解算的姿态角与真实姿态角相符。     

角接触球轴承分析模型的数值求解

建立了内圈静止、外圈旋转的角接触球轴承分析模型,考虑了滚动体的离心力、陀螺力矩以及弹性流体动 力润滑作用.建立了非线性方程组未知量的约束条件,解决了Newton-Raphson法求解方程易出现不收敛的问 题.以两个角接触球轴承为算例,分析了轴承内、外圈分别旋转对应力的影响,以及转速和径向载荷对轴承工作 性能的影响.结果表明,轴承外圈转时接触应力随转速增大而显著增大,内圈转时则无明显变化;低转速下外圈 转的接触应力明显低于内圈转;较小的径向栽荷下外圈转的接触应力高于内圈转;轴承微区滑动速度受转速和径向栽荷的影响显著.通过Jones球轴承拟静力学分析程序计算,验证了模型和程序的有效性.     

SPH方法在层裂损伤模拟中的应用

采用光滑粒子流体动力学方法和Johnson—Cook拉伸累积损伤破坏模型,分别对工业纯铁和无氧铜两种材料的平面碰撞问题作了数值模拟。给出了靶板层裂损伤的二维数值模拟结果。通过对比自由面速度曲线的计算结果和实验数据,二者吻合的很好,验证了SPH方法层裂破坏问题数值模拟的有效性。通过分析由不同拉伸损伤时间常数得到的自由面速度曲线,表明拉伸损伤时间常数对计算结果有重要影响。     

起落架着陆动态仿真分析模型及参数优化设计

以支柱式起落架飞机为原型，建立了一个适用于ADAMS软件的起落架着陆动态性能分析模型，并进行了仿真分析和参数优化设计。仿真分析结果与试验结果比较有着较好的一致性．参数优化设计有着很好的参考价值。研究结果表明，基于ADAMS软件进行飞机起落架仿真分析是切实可行的，从而为在ADAMS软件基础上进一步开发飞机起落架数值样机作出了有意义的尝试。此外，与编写FORTRAN源程序比较，利用ADAMS软件可节省大量的人力与时间，精度可靠，便于优化分析与改进设计，通用性好。     

基于流体速度势的非线性晃动问题的ALE有限元分析

基于流体速度势，本导出了非线性晃动问题的ALE有限元格式。通过引入ALE运动学描述，使网格的运动独立于流体的运动，通过采用与贮箱固连的非惯性参考系建立控制方程，使网格只须相对贮箱更新，因此运动边界和自由液面的跟踪算法不仅非常简单，而且不会引起网格畸变．本分别采用有限元法和有限差分法进行空间和时间离散，中的算例分别模拟了贮箱受横向激励和俯仰激励时流体的非线性晃动问题，所得结果证实了本方法的有效性与可靠性。中的方法还可进一步推广用于流体—结构耦合问题．