NNW-HyFLOW高超声速流动模拟软件框架设计

NNW-HyFLOW在国家数值风洞（NNW）工程支持下,由风雷开源软件提供基础框架支撑,将建设成为基于结构/非结构混合网格,面向高超声速应用领域的国产自主工业CFD软件,具备高温气体热化学非平衡效应模拟及其相关气动力、气动热和气动物理特性计算分析等主要特色功能。本文从框架设计、数据结构、耦合方法、并行计算方法以及接口设计等方面对软件设计思想和框架特点进行了介绍,给出了求解器采用的理论模型、核心数值算法及其实现方法,结合HEG风洞试验、RAM-C飞行试验、Electre飞行试验以及航天飞机OV102飞行试验等典型算例开展了数值模拟。研究表明：NNW-HyFLOW具有底层代码复用、功能兼容性好、扩展能力强和接口灵活等优点,其当前测试版本已经具备了较好的高超声速非平衡流动数值模拟能力,在热化学非平衡效应及其影响的气动力特性、气动热环境和等离子体分布特性预测与评估方面,具有较高的数值计算精准度,初步满足了高超声速复杂飞行器高温非平衡流动数值模拟的需求。     

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。     

烧蚀模型表面温度分布测量

介绍了一维表面温度分布的非接触测量仪器——扫描光电高温计的基本原理、结构、性能以及实用情况。扫描光电高温计的研制成功,使烧蚀模型表面温度测量从点温度测量拓展到一维温度分布测量,解决了突缩管壁面热分布的研究问题,测量了各种材料烧蚀模型驻点区温度分布曲线和不同材料平板模型在烧蚀试验中沿射流流向和径向的温度分布,并利用弓型导管装置对不同开槽型的石墨平板模型和喷有氧化锆隔热涂层的平板试件进行了温度场的测量。同时,还介绍了偏转装置与扫描光电高温计配合使用,一次开车试验可以测量不同位置上一维温度分布。     

血液及血液替代流体流变特性实验研究

发现和寻找一种透明的、流变特性与血液流体特性很好匹配的血液替代流体进行实验研究是非常迫切和必要的.运用美国brook 公司生产的 PVS Rheometer型旋流变仪对黄原胶溶液流变特性实验发现,黄原胶溶液是一种典型的剪切稀化流体,其剪切应力和剪切速率符合幂律分布;黄原胶溶液浓度越高,其剪切稀化特性越强;黄原胶溶液的表观粘度与溶液温度成反比,与溶液浓度成正比;人体血液的表观粘度介于0.4‰的黄原胶溶液(重量百分比)在温度为20℃和37℃之间的粘度值,在剪切速率介于10s-1~500s-1范围内,人体血液表观粘度随剪切速率的变化过程和0.4‰黄原胶溶液(温度30℃)基本重合.     

高速流非平行边界层稳定性研究

导出了可压缩流的抛物化稳定性方程（PSE）。针对高速流动,特别是超声速和高超声速流动的非平行边界层稳定性问题进行了研究。引入高效的边界层变换、全流场高精度的差分格式及预估校正迭代和推进求解法来求解PSE方程,使得PSE方法中至关重要的正规化条件得到了满足,确保了数值计算的稳定。采用高马赫数下对稳定性起支配作用的第二模式,研究了高速流边界层稳定性的演变和特征,分析了流动的非平行性、压缩性,以及壁面冷却等因素对流动稳定性的影响．所得结果与相关实验数据吻合较好。     

空中交通管制运行中的威胁与差错管理分析

在威胁与差错管理（TEM）理论基础上,科学地分析了空中交通管制（以下简称空管）运行中面临的威胁和可能的差错,指出威胁与差错管理的目标并非是消除威胁和差错,而是把其危害控制在一个可以接受的范围以内。通过分析,如果使我们能预先知道哪些情况下,哪些人员容易产生错误,并且知道这些因素是如何作用的,就可以帮助我们更好地防止和避免空管运行中的人为差错,降低事故和事故征候概率。文章分别界定了威胁、差错和非期望状况的概念,并给予详细的实例分析,从而提出了空管运行中TEM的策略和措施,以助空管系统从主动控制的角度提升空管运行安全的效能。     

平面Poisson问题的间接变量等价边界积分方程

使用变分法确立平面Laplace外问题的确切形式；在此基础上，为了避免使用无限区域上的Green公式(不成立)，通过构造紧支集上的无穷可微函数，获得满足非齐次控制微分方程的特解的重要结果。使用非解析开拓数学方法，导出满足控制微分方程的位势函数集的等价边界积分表示式。获得Poisson问题的间接变量等价边界积分方程；通过一些例子，详细讨论了传统的外问题和边界积分方程的形式，表明它们不具有普遍适用性。     

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．     

基于滑模控制理论的导弹自动驾驶仪的设计

基于变结构自适应控制理论,提出一种新的STT导弹自动驾驶仪三通道独立设计方法。该方法在设计过程中保留了通道间的全部耦合因素,通过构造滑模面和最优值原理配置转换系统零动态的极点,从而提高了系统的稳定性,增强了系统的适应性和鲁棒性。运用所提出的方法,本文设计了某型导弹的自动驾驶仪,并在考虑了舵机系统,加速度计等各种非理想因素的情况下,得到了良好的输出跟踪性能和鲁棒性。     

非接触光测物体大位移研究

提出了一种非接触光学法－单光栅双图像法测量物体位移的新技术，利用两个正交的图像记录系统，在试件作大位移后，记录被平行多光束照射形成的光点所覆盖的试件的图像，借助于记录光路系统几何表数，可建立一联立方程组。解此方程组，就可得到被测物体上诸光点所表示的测点的位移大小和坐标值，文中还论述了度件图上测点位置的确定和修正方法，导出了被测物休图像负片上测点的实际坐标的计算公式，实验结果证明，本文提出的测量理论是正确的。