计算机数值模拟技术在铸件生产中的应用

围绕计算机数值模拟技术在铸件生产中的应用,从技术背景和铸件需求入手,介绍了在以某壳体为代表的铸件生产中数值模拟技术的应用情况和研究内容,重点介绍了铸件的温度场和流动场模拟,以及模拟对于铸造工艺方案的确定所起的作用;同时阐述了在应用研究中掌握和突破的关键技术,最后对应用效果和存在问题作了简要分析。     

加速度对固体火箭发动机性能的影响

本文简要介绍了国外近20年来关于“加速度对固体火箭发动机性能的影响”的专题研究的进展情况和发展趋势。 文中较系统地介绍了实验设备、方法和研究成果,其中包括含铝、不含铝复合推进剂和双基推进剂在加速度场内燃速增大的试验数据。重点介绍了含铝复合推进剂燃速增大机理的六个阶段。同时,也简要介绍了旋转效应引起的发动机壳体过热和内流场变化等问题。 文中评价了实验设备,分析了实验结果,还涉及工程应用及有待进一步深入研究的问题。笔者最后从大量实验结果中总结出一些结论性的材料,借以说明这一课题研究的进展和趋势。     

旋转固体火箭发动机燃烧室内流场分析解

对带壁面质量注入的旋转通道(具有柱形装药旋转固体火箭发动机通道)内流场进行了研究。通过解析方法求解简化后的欧拉方程,获得了无粘情况下的旋转通道解析解。在此基础上,运用摄动法中的渐进展开匹配法求解引入粘性修正的切向动量方程,并获得解析解,表明切向速度分布解具有组合涡特征。分析了涡核半径与注入雷诺数及旋转转数的关系,得到了可压缩修正条件下的组合涡规律。     

考虑扰流的舰载机终端进场线性模型

回收舰载机需要精确的终端路径和姿态控制,舰载机线性小扰动模型是这一阶段系统分析和控制器设计的必要工具,它需要足够准确地描述在主要操纵输入和进场路径大气紊流作用下舰载机的动态特性。首先使用代数线性化方法建立舰载机终端进场纵向运动的小扰动模型,仿真证明该模型能精确描述无风条件下进场舰载机对控制指令的响应,但通常的建模气流扰动影响的方法不能正确反映舰尾大气紊流对舰载机进场速度的干扰。针对该问题,重点研究了垂向风引起的进场舰载机轨迹方向上的力瞬变,提出了量化舰载机地速扰动的表达式以优化线性模型参数。最后,通过完成舰载机动力学模型在不同风场下的开环仿真以及在舰尾流场中的终端进场闭环仿真,验证了改进的线性模型的有效性,表明它适用于复杂流场下着舰控制系统的性能分析和设计。     

小学门口放学期间的一个行人流模型

以小学放学时的行人流运动模式作为研究对象,研究该场景中的行人流特征。放学过程中,学校门口的行人流存在行人不均衡分布、行人按一定规则输入输出、行人成对行为、拥堵现象等特征。借助元胞自动机模型,在静态场基础上提出了一个行人流模型,并设计了一种基于下一步距离收益的算法。利用该模型对北京航空航天大学附属小学放学时学校门口的疏散行人流进行仿真,其仿真结果表明行人流输入率和初始分布人数对系统疏散效率有显著影响,平均疏散时间与初始分布人数呈现负相关的关系。      

碳纤维增强点阵夹芯结构的屈曲强度

考虑到点阵芯层的结构形式及杆单元以拉压为主的变形模式,基于连续介质等效理论,提出了一种全新的位移场假设,并以此编写了计算点阵夹芯复合材料屈曲强度的有限元程序.通过与不同试样的压缩试验的比较,对碳纤维增强点阵夹芯结构的屈曲行为进行了分析,并且验证了程序的有效性.同时,采用程序,讨论了点阵参数(包括杆单元长度、半径及倾斜角)对点阵夹芯复合材料结构屈曲强度的影响规律.结果表明:芯层体积分数相同的情况下,金字塔型和四面体型点阵夹芯结构的屈曲强度相差不大,后者略高.所得结论对点阵夹芯复合材料结构设计具有一定的指导意义.      

基于速度矢量场的无人机实时动态航路规划

针对局域动态环境中无人机实时航路规划展开研究,提出了一种基于速度矢量场的二维动态实时航路规划方法。通过建立不同空间特征区域速度场模型,实现了速度场驱动下的无人机航路规划。文中采用虚拟目标点法解决了速度矢量场航路规划局部陷阱问题;采用探测步长法,实现了无人机机动约束的融合,解决了航路可飞性问题;在动态实时规划应用中,确立了环境信息更新方法,实现了对动态环境的描述。通过仿真验证,表明速度矢量场法能够根据动态环境信息及时规避威胁到达目标点,算法具有良好的完备性和实时性,适用于局域动态环境中的快速航迹规划。     

基于SST湍流模型的模拟SRM内流场数值仿真

为准确模拟固体火箭发动机燃烧室内流场,采用基于格心的迎风型有限体积法求解定常雷诺平均Navier-Stokes方程,在空间离散方法上,采用AUSM-PW矢通量分裂格式,时间推进采用三阶三步TVD型Runge-Kutta显式方法,将Ment-er F R提出的SST( shear-stress-transport)湍流模型及其改进形式用于燃烧室湍流流场的数值模拟,并将计算结果与Wilcox的和Spalart-Allmaras湍流模型进行了对比。结果表明, Menter F R的SST湍流模型计算的燃烧室内的径向速度分布与实验值吻合得最好,最大误差约为5.1%;计算的燃烧室内湍流强度分布与实验的规律一致,而其余湍流模型计算的结果与实验值有很大差异。     

航天器舱体热密封结构多物理场耦合数值分析方法研究

综合考虑航天器舱体外围高超声速流动、密封带及舱体结构传热以及密封结构内部的空腔流动传热,提出航天器高温热密封结构的瞬态多物理场耦合分析方法。利用改进型Van Driest变换方法进行高超声速流动环境预测,基于高斯－赛德尔分块迭代耦合方法完成一体化耦合计算方法。采用包含不同材料结构部件的复合结构,计算了0～200 s内有无密封塞两种情况下的各部分结构的瞬态热传导过程。结果表明,密封塞的使用可显著降低空腔内的最高温度,瞬态变化情况的考虑更加准确地反映了各部分结构部件及内部空腔的温度变化情况。该文的计算方法可广泛应用于航天器热密封结构的传热特性分析,可为火箭等航天器上的高温密封部件设计提供有效的数值分析工具。