三维湍流高速进气道内外流场的高效高分辨率解

本文提出一种高效、高分辨率求解三维复杂流场的隐式算法，并成功地用于求解高速进气道内外流场的三维、可压缩、雷诺平均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程组，获得了三个工况五种流场的三维数值解；与有关实验数据比较，结果令人满意。这种算法由Ｊａｍｅｓｏｎ－Ｔｕｒｋｅｌ的ＬＵ分解法和张涵信ＮＮＤ格式的数值通量耦合而成，湍流采用ＢａｌｄｗｉｎＬｏｍａｘ模型。大量数值计算表明，该算法能捕捉到复杂的激波系，有较好的激波     

一种改进的MUSCL格式

给出了一种改进的二阶精度的ＭＵＳＣＬ格式,并用来求解Ｅｕｌｅｒ方程,改进后的ＭＵＳＣＬ格式在线化插值步中,用Ｖａｎ Ｌｅｅｒ的插值斜率对特片变量进行插值,并对与熵波、剪切波对应的特片变量使用了小耗散的插值斜率,在迎风步采用Ｒｏｅ的近似黎曼解求得迎风通量。比较一维和二维的计算结果均可以看出,改进后的ＭＵＳＣＬ格式在消除数值振荡的同时,明显提高了流场间断的分辨率。     

多功能厅岛型舞台采用喷口送风空调方式的数值分析

利用CFD技术,以某多功能厅为例,对该多功能厅岛型舞台空调采用喷口送风的三种气流组织方式下的温度场和速度场进行了数值模拟,从舒适节能的角度对三种气流气流组织方式进行了分析比较。结果表明,喷口对喷的送风方式具有流场对称的特点,但喷口射程偏小容易在中间区域形成涡流高温区,影响人员的舒适性。受灯光渡桥影响,屋顶回风的方式回风温度偏高,不利于空调系统节能。最后得出,喷口送风,灯光渡桥局部排风、下回风为针对此类建筑的最佳气流组织方式,从而可以为以后此类建筑的空调设计提供参考。     

Design for aircraft engine multi-objective controllers with switching characteristics

The aircraft engine multi-loop control system is described and the switching control theory is introduced to solve the regulating and protecting control problems in this paper. The aircraft engine multi-loop control system is firstly described and the control problems are formulated. Secondly, the theory of the smooth switching control is devoted and a new extended scheme for the smooth switching of a switched control system is introduced. Then, for the key technologies of aero-engines switching control, a design algorithm is presented which can determine which candidate controller should be put in feedback with the plant to achieve a desired performance and the procedure to design the aircraft engine multi-loop control system is detailed. The switching performance objectives and the switching scheme are given and a family of PID controllers and compensators is designed. The simulation shows that using the switching control design method can not only improve the dynamic performance of the aircraft engine control system and reduce the switching times, but also guarantee the stability in some peculiar occasions.     

动态地球磁层的时空剖分编码

动态地球磁层时空剖分模型借鉴了广泛应用于地学大数据的地球格网模型思想,实现了面向地球磁层的动态、非规则化物理空间的多层级剖分,且剖分格网形变稳定,可以实现一定范围内地球磁层时空特性的形式化。在此基础上,对剖分得到的时空格网进行编码表达,以便于计算机存储和处理,这是构建地球磁层大规模观测数据统一管理基础时空框架的另一个关键问题。由于地球磁层特殊的时空特性,经典、单一思路的地学编码方案较难完整地反映格网间的时空关系,因此难以支持格网间的基础时空关系计算。本文融合了整数坐标编码与Morton曲线编码的基本思路,实现了对漂移壳剖分格网的高效编码方案设计,完成了动态地球磁层的时空框架构建,从而为地磁数据的高效组织和处理奠定了基础。实验证明,本文提出的编码方案编码效率较高,且可以支持高效的相邻关系计算,为动态地球磁层多源、多层级、异构的大规模观测数据的组织与计算提供了一种解决方案。     

高阶加权紧致非线性格式(WCNS)在二维流动计算中的加速收敛研究

以二维圆柱超声速无粘和粘性绕流的数值模拟为例,空间项采用高阶精度格式WCNS离散,对比研究了LU-SGS、高斯-赛德尔点松弛、线松弛以及GMRES等隐式求解方法的收敛性,并对右端项中的无粘通矢量、GMRES方法中的预处理和子迭代等影响作了对比计算.结果表明,右端项采用Steger-Warming无粘通矢量的收敛性优于其他通失量方法,采用了准确的解析雅克比矩阵的点、线松弛的收敛速度优于LU-SGS,以线松弛为预处理的GMRES算法具有良好的收敛特性.     

弹丸侧喷三维干扰湍流场数值模拟

为了研究弹丸侧喷复杂干扰湍流场的特性,从雷诺平均的Navier-Stokes方程出发,应用三维隐式有限体积TVD格式,在超声速和零迎角条件下,对侧喷增程无翼弹三维干扰湍流场进行了数值模拟,采用代数广泛一成了包含弹底的弹体绕流场O型网格而避免分区计算,为精确模拟侧喷口成功生成了侧喷口贴体网格,湍流模型采用高雷诺数两方程к-ε湍流模型,计算结果得到了清晰的流场波系结构,并从流场波系结构,弹体和弹底表面压力分布等角度与无侧喷流情况进行了对比与分析,表明侧喷流不仅提供增程推力,而且改变了弹丸阻力特性,其结果对于研究弹丸的火箭增程技术具的重要意义。     

无波动、无自由参数的耗散差分格式

高阶有限差分格式具有更小的数值耗散和色散误差,可以更好地捕捉流场的精细结构。在工程计算中,追求计算格式高分辨率的同时,也要兼顾其稳定性。Henrick首先提出映射函数的方法,作用于WENO5格式的非线性权,使其满足收敛阶数要求并提高了格式的性能。不同于Henrick的构造思路,李沁等提出了一种分段多项式形式的映射函数,改进后的WENO5格式在保证稳定性的前提下,拥有更好的分辨率。本文采用映射函数的思想,将一种五次分段多项式映射函数（Piecewise Polynomial Mapping Method,PPM）运用到中心型三阶格式上,构造出SWENO3-PPM5格式;将Henrick等提出的映射函数运用到中心型三阶格式上,构造出SWENO3-M格式,并与NND、WENO3格式的性能进行比较。近似色散关系分析表明,SWENO3-PPM5和SWENO3-M的色散和耗散关系相比于WENO3得到明显的提高。典型一维算例（Shu-osher问题）、二维算例（激波/层流边界层干扰问题、激波/旋涡干扰问题、绕25°/55°尖双锥流动问题）的计算结果表明,新格式具有比NND、WENO3更高的分辨能力,可以更好地捕捉到流场中的激波、接触间断面等复杂的流动现象,且由于分段多项式映射函数相比于Henrick提出的映射函数,可以使最终的非线性权值更加接近于格式的线性权,因此SWENO3-PPM5的分辨率要稍微高于SWENO3-M。     

0.6 m连续式跨声速风洞轴流压缩机布局方案研究

压缩机作为连续式跨声速风洞的驱动系统,其运转性能与风洞总体性能的匹配设计是风洞研制的关键技术之一。随着大型连续式跨超声速风洞的发展,压缩机研制呈现出运转功率大和运转效率高、调节范围宽和调节精度高等鲜明特点。基于0.6 m连续式跨声速风洞的研制,对大型跨声速风洞轴流压缩机的布局方案进行研究。从气动性能、结构设计、控制等方面对压缩机位置布局和方案布局进行了分析,并阐述了风洞压缩机一体化设计的重要性。在压缩机布置于第一、二拐角段之间的前提下,通过压缩机性能试验,验证了电机外置两端驱动方案、多台电机同步控制方案和压缩机内流道整流技术等的可行性。风洞调试结果表明,压缩机运行性能良好,各项指标均满足设计技术要求,为大型连续式跨声速风洞建设奠定了基础。

     

失效卫星再利用系统方案设想

为了实现在轨资源再利用,文章分析了失效卫星再利用的可能性,根据卫星不同的失效模式,包括入轨失败、部件失效、寿命末期,得出系统的4类轨道操作任务。论述系统的五大组成部分,并分析了各个系统间的关系;比较了货运飞船和搭载两种上行方案各自的优缺点;结合系统特点,在分析系统任务功能的基础上提炼出了6项相关关键技术。从系统角度提出了有利于失效卫星再利用系统可尽早实现的3条途径。