界面捕捉中耦合Level-set与VOF算法

针对传统的level-set方法在处理界面问题时守恒性差的缺点,提出了一种耦合level-set方法和VOF方法的算法(CLSVOF)。不仅保持了level-set界面光滑性好的特点,还结合了VOF高守恒性的优点。Level-set方程的求解采用五阶WENO格式,而VOF的体积分数输运方程采用Gueyffier的界面重构方法求解。三维数值计算结果表明这种耦合算法对level-set的守恒性有明显的改善。     

用于气动声学计算的非均匀网格紧致差分格式

为克服传统紧致差分格式在数值求解非均匀网格问题时产生的寄生波,构造了一种新的高精度紧致差分格式.通过泰勒展开分析方法,详细给出了格式系数的通用形式;利用傅里叶分析方法,分析了数值耗散、色散误差.以3对角6阶精度紧致差分格式求解均匀扰动网格问题为例,计算表明:色散值和耗散值随扰动因子的增加而更加趋近于精确值;当扰动因子大于0.213时,格式不稳定,当扰动因子小于等于0.213时,格式渐近稳定;对一维对流波和二维波传播的模拟计算所得数值解与精确解吻合,体现了该格式在求解非均匀网格问题时的优越性.      

接近和跟踪非合作机动目标的非线性最优控制

航天器在实施对空间非合作目标的近程操作任务中,需要接近目标并保持在目标附近的特定方位,对目标指定部位随动跟踪和观测。针对非合作机动目标的接近和视线跟踪的六自由度控制问题,根据视线坐标系下的相对轨道方程和体坐标系下的相对误差四元数姿态方程,建立了航天器间近距离相对运动的轨道和姿态联合控制模型。考虑模型的非线性、时变性和计算的快速性,采用θ-D控制方法进行接近和视线跟踪的轨道和姿态联合控制。为了减小跟踪同时存在轨道和姿态机动的非合作目标的控制误差,应用Lyapunov最小-最大定理设计了θ-D修正控制器,改善非合作目标同时进行姿态和轨道机动时的控制性能。仿真验证了模型的正确性和控制器良好的跟踪性能。     

低于自起动马赫数时高超进气道的非定常流动特性

采用非定常数值仿真的方法研究了低于自起动马赫数时高超声速进气道的非定常流动特性.研究表明:低于进气道自起动马赫数时,进气道处于不起动状态,流场发生喉道壅塞性振荡现象,其流场振荡频率为250Hz.流场振荡主要发生在喉道之前,对其后流场影响相对较小,扰动信号由喉道以当地气流速度向下游传播.隔离段长度对喉道壅塞性流场振荡几乎没有影响.飞行马赫数较小时流场未出现振荡现象,当飞行马赫数靠近自起动马赫数时流场出现周期性振荡现象,并且随着飞行马赫数的增大,此类流场振荡趋于强烈;进气道压差阻力随着时间推进呈现周期性变化,振荡频率同样为250Hz.      

大迎角下小振幅振荡三角翼破裂涡的频率特性

在风洞和水洞中分别进行了小振幅振荡三角翼的动态测压和热膜测速实验,目的是研究振荡的无量纲频率 n 对于三角翼前缘涡的频率特性的影响.对风洞中测得的压力数据进行频谱分析,发现 n 值在0.018~0.036时,即与三角翼翼面上涡破裂点的振荡频率接近时,会发生耦合现象,使振动能量明显加强;对水洞中测得的速度数据进行频谱分析,则发现 n 在0.8~1.4的范围内,即与螺旋波的传播频率接近时,三角翼的振荡会使涡破裂点向后缘移动,延缓了涡的破裂,使螺旋波频率增大.     

CCD摄像机图像处理仿真

针对CCD(Charge Coupled Device)摄像机的图像处理过程,提出一种基于可编程GPU(Graphic Processing Unit)的摄像机仿真方法,利用GPU的流处理模式和并行计算能力,对图像的每个像素进行Gamma校正、亮度调节、对比度调节、色温偏差调节,以及色彩饱和处理.分析了Gamma校正的原理以及在其他调节之前进行Gamma校正的必要性.讨论了图像亮度与像素颜色的关系,提出针对当前时刻的拍摄图像提取亮度信号的方法,规定了亮度等级的划分,并将亮度等级作为图像处理的依据.提出了在低照度情况下模拟动态噪点的方法.结果表明:该方法可以模拟真实CCD摄像机在复杂光照环境下的拍摄效果,并保证实时仿真的高速与高效性.     

Quasi-biennial oscillation in GPS VTEC measurements

The quasi-biennial oscillation, QBO, a well known periodicity in the equatorial stratospheric zonal winds, is also found in ionospheric parameters and in solar and geomagnetic activity indices. Many authors speculated about the link between the QBO in solar and geomagnetic activity and the QBO in atmospheric parameters. In this work we analyze the presence of the QBO in the ionosphere using the Vertical Total Electron Content (VTEC) values obtained from Global Navigation Satellite System (GNSS) measurements during the period 1999–2012. In particular, we used IONEX files, i.e. the International GNSS Service (IGS) ionospheric products. IONEX provide VTEC values around the world at 2-h intervals. From these data we compute global and zonal averages of VTEC at different local times at mid and equatorial geomagnetic latitudes. VTEC and Extreme Ultra Violet (EUV) solar flux time series are analyzed using a wavelet multi resolution analysis. In all cases the QBO is detected among other expected periodicities.     

Quasi-biennial oscillation (QBO) of tropical total ozone under alternative QBO scenarios of equatorial stratospheric wind

Equatorial total column ozone variations with quasi-biennial periodicity are described by paying attention to their coupling with the quasi-biennial oscillation (QBO) of zonal wind in equatorial stratosphere. Analysis is made for the 35-year time interval from 1978 to 2013 using the zonal mean total ozone (TOZ) data in latitude band from 5° S to 5° N derived from satellite measurements by means of Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) and Ozone Monitoring Instrument (OMI). The study was performed using strong seasonal regularities of the wind QBO and the discrete variation of the QBO-period revealed earlier. The forecast of the wind QBO evolution made in Gabis (2012) is fully justified. The comparison between predicted and actually observed changes of the height wind structure shows the prominent accordance, which confirms the forecast validity. It is shown that variations of deseasonalized TOZ are in strong coupling with changes of equatorial wind QBO that coincides with the numerous previous researches. However our results contradict the assumption about quite complicated ozone response in the equatorial region due to continuously varying with time relationship between annual and quasi-biennial cycles and irregularly variable wind QBO-period. The total ozone changes actually observed clearly corresponds to the mean ozone variations calculated for different QBO scenarios and aligned according to the sequence of QBO scenarios already occurred in fact. This close association indicates the possibility of forecasting the equatorial total ozone QBO based on the predicted wind QBO.     

推力协同的大柔性飞行器纵向姿态控制

为了研究大柔性飞行器飞行/结构耦合动力学特性,提出了改进的面向控制的大柔性飞行器多体模型,开展了大柔性飞行器纵向动力学耦合特性分析与推力协同下纵向姿态控制律设计。采用二面角动态近似描述大柔性飞行器结构动力学特征,并推导了纵向耦合动力学模型。根据改进模型在配平点处的线性化模型,分析了飞行/结构耦合系统的纵向稳定性与结构变形量之间的关系。针对大柔性飞行器姿态稳定与跟踪,设计了纵向姿态控制器。与常规飞行器相比,大柔性飞行器飞行过程中会发生大变形,当载荷较大时,配平构型近似“U”形,此时纵向动力学具有长周期不稳定的特征。分析结果表明:大柔性飞行器各模态之间的耦合程度随着变形的增大而增大。此外,纵向姿态控制需要升降舵与推力协同控制速度和俯仰角并且考虑结构动力学的影响,否则飞行/结构的耦合作用会导致姿态跟踪误差衰减缓慢甚至发散。      

多级会切场推力器振荡特性模拟研究

目前多级会切场推力器数值模拟研究采用的主要手段是全粒子模拟方法,但是这种全粒子模拟对计算机的要求较高,因此文章通过建立HEMPT的一维流体模型,再现HEMPT的振荡现象,对放电电流和等离子体参数之间的关联性及等离子体参数分布规律进行研究。沿着两条典型的电子传导路径,利用MATLAB中Simulink模块建立一维流体模型。结果分析表明,推力器内部等离子体参数的振荡周期与放电电流振荡周期一致。推力器的主电离区在两个磁尖端之间,电势降主要集中在出口附近。