光滑粒子流体动力学的一种并行数值计算方案

在三维超高速碰撞数值计算方面,针对三维光滑粒子动力学（SPH）方法计算量大和耗时长的缺点,文章提出了一种简单直接、易于编程实现的SPH并行计算方案,并简述了该方案的基本思想、任务划分、变量存储、信息传递以及主要计算步骤。最后利用自编并行程序计算了两个超高速碰撞实例,结果表明:针对几百万个粒子,在运算速度为每秒5万亿次的“银河”计算机上申请23个核并行计算,每步约需要8 s,加速比约为10,并行效率约为50%,计算时间显著减少。     

一种DSMC方法的并行策略

为提高直接模拟蒙特卡罗（DSMC）仿真模拟的并行计算效率,基于消息传递接口（MPI）的并行环境,通过对比分析主从模式及对等模式两种程序设计模式下的并行效率,探讨了对等模式下非结构网格DSMC并行程序实现的关键技术及实施途径。提出了一种非结构网格下动态负载平衡DSMC仿真模拟的并行策略,设计了基于对等模式动态负载平衡的DSMC并行算法。最后以钝锥外形的高超声速绕流问题进行仿真模拟,验证本文并行算法的有效性,结果表明,本文设计的基于对等模式动态负载平衡的DSMC并行算法能够以高效的并行效率给出合理的结果。     

适用于航天领域的高效叠加式升压变换器

叠加式升压变换器（SBC）的部分功率不通过开关电路,而通过叠加支路直接供给负载,因此可实现较高的效率,适用于航天场合。为了避免输入输出电流断续,采用的变压器为双边磁化的隔离脉冲单元,它与电感、输出滤波电容以及叠加支路共同组成SBC变换器。根据电感位置的不同,分别提出了SBC-Ⅰ、SBC-Ⅱ和SBC-Ⅲ的基本结构与生成规则。基于生成规则推衍出9种SBC变换器,并从电流特性、输入输出电压关系、主电路传递函数、变压器的磁偏问题以及效率的角度对这9种变换器进行分析比较。最后选择一种性能最优的变换器,通过600 W的实验样机验证理论分析结果。     

一种自动化并行重叠网格隐式装配方法

重叠网格装配是处理计算流体力学领域多体相对运动问题的关键技术之一。针对常见重叠网格隐式装配方法中几何分析过程复杂、节点无差别并行查找操作影响并行装配效率等问题,提出一种高度自动化的重叠网格隐式装配方法。首先,基于协方差分析、切割盒子等快速算法,将壁面距离计算与贡献单元存在性判断解耦,实现网格组动态重叠关系的自动化识别;其次,结合集合分析,设计出并行化的自动挖洞算法;最后,通过快速查询方法建立重叠单元与贡献单元的插值关系。针对所实现的并行重叠网格隐式装配工具库,采用某五球体部件验证了自动挖洞逻辑的准确性,并通过机翼-挂架-外挂物（WPFS）模型检验了重叠单元与贡献单元插值关系的准确性。     

航天器大型舱段柔性对接技术研究

针对航天器大型舱段的自动柔性对接需求,基于并联调姿平台(6SPS)的舱段柔性对接技术开展研究。采用6SPS作为舱段位姿调整装置,在其6个支链上设置力传感器,测量每个支链所受的轴向力。在柔性对接控制中,根据负载质量特性及调姿平台姿态实时解算每个支链上由负载重力引起的轴向力,作为理论力;将实际测得的支链力与该理论力比较,进行力随动控制并调整支链长度,实现力反馈下的柔性对接控制。试验证明了力随动控制能实现根据支链力变化实时调整调姿平台位姿,满足舱段柔性对接的需求。     

利用并行八叉树划分技术开展复杂构型航天器放气污染分析研究

放气污染对航天器造成的有害影响需要定量评估。放气产物分子的输运过程可以采用Monte-Carlo方法模拟,并用射线表示放气分子输运轨迹。如此一来,即转换为射线追踪问题。由于航天器构型复杂,射线追踪的计算很耗时,所以有必要研究其加速算法。文章将复杂构型航天器表面用三角形非结构网格表示,利用八叉树划分技术开展分子运动轨迹与表面相交的加速模拟计算。同时,在基于共享内存多核计算平台,利用OpenMPAPI软件实现了计算的并行化。该方法在对空间站的实例计算中显著提高了运算速度,并对空间站的污染情况进行了初步评价分析。     

完全解耦3T2R并联机器人构型综合方法

针对并联机构内部耦合性带来运动学和动力学分析困难的问题,基于G_F集理论提出一种简单而有效的三移动两转动(3T2R)完全解耦构型综合方法。首先,阐述G_F集并联机器人构型理论;其次,根据G_F集的求和运算和转动轴线迁移定理,给出了机构输入运动副选择原则以及解耦支链设计准则;按照完全解耦并联机构设计步骤,列举出了3T2R并联机构各解耦分支运动链,综合出了含有单、双驱动支链的3T2R五自由度完全解耦并联机构,得到了大量新构型;通过所综合出的一种新型并联机构,运用约束螺旋法对机构的自由度数目和运动特性进行分析,根据机构输入与输出参数间关系式,求解得到机构雅可比矩阵,验证了机构的解耦特性,进一步证明了该构型方法的有效性。研究对解耦并联机构的构型设计具有理论指导意义。     

一种双流路变几何涡轮基组合循环进气道的设计与仿真

针对涡轮基组合循环(TBCC)发动机宽速域的工作需求,提出了一种外并联双流路的变几何进气道方案.通过转动涡轮和亚燃通道的唇罩前缘,可对进气道的捕获高度进行调节,并可实现模态切换;通过亚燃通道下壁面的多连杆机构,可对进气道的内收缩比进行调节,以实现进气道在宽马赫数范围的高效工作.通过对该进气道进行CFD数值模拟,获得了其流动和工作特性,并与定几何进气道方案进行了对比分析.研究结果表明:该变几何进气道具较宽的工作马赫数范围,且具有良好气动性能.与定几何方案相比,该变几何进气道在来流马赫数Ma为2.5,3.0,4.0时的总压恢复系数分别高出了12.5%,30.2%,133.3%.      

二维跨音速Euler方程分区并行算法

对二维跨音速流动的Euler方程分区算法、并行算法以及多区计算的有效内边界耦合条件进行了探讨,应用Van Leer矢通量分裂方法和一维数组方式,研究了多种区域分解数目的分区计算效率.并行计算中采用"先进先出"的同步控制等待机制,采用纯结点并行编程方式进行了单区、二区和四区并行计算对比,分析了影响并行效率和通讯过载比的主要因素.     

基于共形几何代数的空间并联机构位置正解

将共形几何代数(CGA)引入空间并联机构位置正解中,提出了一种空间3-RPS并联机构位置正解新算法。以任意一条支链轴线与静平台平面的夹角为待求变量,基于点的CGA表达方法建立了该支链与动平台连接的铰接点关于待求变量的数学表达式;通过2次构造2个空间球和1个平面的外积,分别获得动平台其余2个铰接点的点对;利用距离公式,只需简单的平方运算可直接推导出该问题关于待求变量的一元16次输入输出方程,进而获得了该机构的全部16组解析解,无增无漏。该方法没有繁琐的坐标变换和矩阵计算,以及复杂的多元高次非线性方程组消元求解。通过数字实例计算表明,求解过程较清晰地揭示出机构运动的几何特点,几何直观性好。