用于飞行仿真的空间大气紊流场生成与应用研究(英文)

研究了三维空间大气紊流场生成及其在大型飞机实时飞行仿真中的应用。分析了针对大型飞机飞行仿真的扰动风场的建模需求。通过在频域空间直接进行蒙特卡罗法随机抽样,经三维傅里叶逆变换获得空间大气紊流场。采用Von Karman模型,更加准确地描述大气紊流场特征。运用傅立叶变换的复共轭对称特性,保证最终生成实的紊流场。通过无因次化方法解决了变尺度和变强度的紊流场生成问题。针对生成的空间紊流场设计了紊流梯度的计算方法。针对飞机连续穿越紊流场的问题,提出基于空间对称扩展的紊流场扩展方法。经时域相关性检验证明,基于该方法生成的紊流场与传统时域方法相比,具有较好的空间互相关特性。最后针对Boeing747飞机,给出了一个在空间紊流场中的飞行仿真实例。与传统质点化模型的仿真结果相比,基于空间紊流场和四点模型的算法更能表现出飞机穿越紊流场飞行的随机特性。     

Nonlinear mixture model of mixed pixels in remote sensing satellite images based on Monte Carlo simulation

A nonlinear mixture model for the interpretation of mixed pixels in remote sensing satellite images is proposed. The proposed model is a Monte Carlo ray-tracing model that takes into account interactions among the ground cover materials (multiple reflections among the materials on the surface). The proposed model also takes into account topographic features (slope) of the ground surface. As an example, Top of the Atmosphere (TOA) radiance of mixed pixels of forested areas which are composed of grasses and trees are simulated with the proposed model and compared to actual remote sensing satellite data of ASTER/VNIR over these forested areas. It was found that the influence due to multiple scattering interactions between trees depends on the tree distance and ranges from 8% to 10%. It is also found that the proposed model is useful to interpret mixed pixels. Namely, it is suggested that actual reflectance of the trees is higher than apparent reflectance that is calculated with the satellite data. Also it is suggested that it is possible to estimate forest parameters such as tree distance, tree shape.     

石英灯加热器热流场计算方法比较

石英灯辐射加热是航天飞行器结构热试验中使用最广泛的气动热模拟方式,获取石英灯加热器辐射流场对提升航天器结构热试验精度、评估试验结果和验证结构设计具有重要意义。文章结合石英灯加热器辐射热流场预示的特点,讨论几种辐射热流场计算模型的适用性,并通过理论、试验与仿真算例相结合的方法,对比分析几种辐射计算软件的计算精度和应用性,给出各计算软件的应用策略,可为试验热环境的准确快速获取提供参考。     

红外加热笼边缘效应对卫星表面热流均匀性的影响研究

文章研究了红外加热笼边缘效应对卫星表面到达热流密度均匀性的影响,主要通过增加边缘加热笼并将其翻转一定角度的方法,对红外加热笼的设计进行优化,以改进卫星表面的到达热流密度均匀性.建立了变角度情况下蒙特卡罗仿真计算的几何模型,对3种情况进行了计算和分析,得到了对红外加热笼的边缘效应进行优化设计的方法,可以用于指导多种情况下的红外加热笼设计.     

Von Karman模型三维大气紊流仿真理论与方法

基于三维紊流场相关函数矩阵,用蒙特卡罗法仿真生成Von Karman模型三维空间大气紊流场,实现了对复杂的Von Karman模型的精确推导和应用,仿真流场的相关特性在理论上可以任意逼近Von Karman理论模型.通过提高白噪声序列的白化程度及优化蒙特卡罗算法的方法提高了仿真精度和效率.数值仿真结果证明:所生成的空间大气紊流场符合模型特性,具有较好的统计特性和仿真精度,满足实时飞行仿真对紊流场数据的要求.     

镜反射凹面及相互可视表面的轨道外热流计算

通过对空间表面所受外热流以及镜反射表面所具有的特性的分析，提出了采用蒙特卡罗法计算镜反射凹面及镜反射相互可视表面的轨道热流的方法，并对半球凹面和两相互垂直可视平板的轨道热流进行了计算。     

变热线过热比可压缩流湍流度测量方法优化

开展了可压缩流中湍流度测量技术的优化研究,以满足对试验数据高精度评估的需求。在变热线过热比湍流度测量方法推导过程中,忽略了压力脉动项以简化湍流度求解过程。为更加准确评估高速风洞流场湍流度,引入了压力脉动项,以恒温热线风速仪响应关系式为基础,从理论上对可压缩流中湍流度的求解方法进行了优化。在马赫数0.3~0.7进行了湍流度测量试验,并分别利用优化前后的湍流度求解方法对试验数据进行了处理。结果表明两种求解方法所得的湍流度结果量值相近,但优化后的湍流度求解方法所得的湍流度结果随马赫数的变化趋势更加符合客观物理规律。利用蒙特卡洛模拟方法对湍流度的不确定度进行了求解,不确定度量值远小于湍流度量值,表明优化后的湍流度求解方法所得的湍流度结果基本能够代表真实值。试验结果证明了优化后湍流度测量方法的正确性及应用恒温热线风速仪对高速风洞流场湍流度进行测量的可行性。     

DSMC法模拟双组元姿控发动机喷管流动

为了准确获得喷管内不同燃气成分的参数，采用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法结合可变软球(VSS)模型模拟喷管流动。单组分的计算结果与文献比较表明，所采用的程序和计算结果可信。对真空双组元钟形喷管内流动的模拟结果表明，压强扩散和热扩散的综合效应导致质量越大的分子越趋向于向边界层内扩散。     

拉瓦尔型微喷管性能的DSMC模拟

运用DSMC方法,对轴对称拉瓦尔型微喷管流动现象进行了仿真模拟,分析了不同壁面边界条件对喷管流动性能的影响。研究结果表明,不同的壁面反射模型对喷管内的流场结构及推力有较大影响;在同等壁面热条件下,随着动量调节系数的增加,喷管粘性损失增大,喷管的推力和比冲都将下降;对不同光滑度与清洁度的喷管表面,一概采用完全漫反射模型,将低估喷管推力性能。     

分离模块航天器综合评估方法研究

以分离模块航天器概念设计阶段的方案评估分析为目标,提出一种基于数学建模和蒙特卡洛模拟的定量化评估分析方法框架。首先,定义了分离模块航天器生命周期状态及其转移过程,建立了状态转移概率矩阵,将生命周期不确定风险因素在状态转移过程中加以考虑;进而,基于系统状态模型建立了分离模块航天器生命周期成本和净收益计算模型;然后,以生命周期成本和净收益的均值和标准差作为评价指标,提出了基于蒙特卡洛模拟的综合评估仿真分析方法;最后,采用典型设计案例进行了分析与验证。