基于两步优化策略的结构网格负载平衡

国家数值风洞（NNW）工程旨在发展完全自主知识产权的计算流体力学（CFD）软件,结构网格负载平衡问题研究是该工程中的一个重要组成部分。本文发展了两步优化策略以求解结构化网格的负载平衡问题。第1步优化采用传统的贪婪算法,完成对大块网格的剖分和以进程计算时间为指标的网格块分配;第2步采用遗传算法（GA）,目标函数兼顾进程计算时间和通信时间,在第1步优化结果的基础上,对网格块在进程上的分配开展二次优化。为准确计算GA的目标函数,构建了一套计算时间和通信时间的建模方法,包括样本生成、模型建立和模型验证,整体方法具有一定的通用性。根据负载平衡问题以及两步优化策略的特点,对GA的编码、交叉、变异和种群初始化进行了研究,详细分析了交叉操作的递归问题及解决方法。算例验证说明建立的进程计算时间和通信时间模型具有较高的计算精度,能够用于GA的目标函数计算;两步优化策略能够在第1步优化的基础上进一步改善优化结果,从而减少CFD问题的整体计算时间,对于计算量巨大的工程问题具有较大的实用价值。     

双局域共振效应声学超材料消声性能

为了有效控制低频宽带噪声,提出了一种基于亥姆霍兹共振器的双局域共振效应声学超材料。声学超材料将亥姆霍兹共振效应与弹簧质量共振效应结合,通过驱动电压控制薄膜变形,实现两个系统的共振频率同时发生变化。在建立系统数学模型的基础上,计算得到亥姆霍茨共振系统固有频率为4141 Hz,柔性薄膜系统固有频率为2868 Hz,与柔性薄膜的共振频率理论计算偏差为44%,与亥姆霍兹共振腔的共振频率理论计算偏差为097%。利用COMSOL软件的声固耦合物理场研究了声学超材料的声学性能,采用双负载法对声学超材料进行测试。结果表明:该声学超材料在低频范围内有良好的噪声控制效果,产生两个传递损失峰值,形成了双局域共振效应,可以同时对两个频率范围内的噪声进行控制。当驱动电压从0 V增加至350 V时,弹簧质量系统传递损失峰值频率从30 Hz偏移到110 Hz,变化率为228%,可以实现噪声的自适应控制,为声学超材料主动控制及优化提供一种方法。     

旋转机翼飞机旋翼模式前飞状态干扰气动特性

和传统直升机相比,旋转机翼（CRW）飞机在旋翼模式前飞时各部件之间存在更为严重的气动干扰。为了获得旋转机翼/机身/鸭翼/平尾之间的非定常气动干扰规律,基于运动嵌套网格技术,通过求解三维非定常雷诺平均Navier-Stokes（URANS）方程,建立了旋翼前飞流场数值模拟方法。首先对传统直升机旋翼/机身干扰模型进行了计算,验证了方法的可靠性,然后对某旋转机翼飞机全机在旋翼模式前飞状态下的非定常流场进行了数值模拟,并对各个气动部件上的非定常气动力和力矩的变化进行了分析。结果表明：飞机在旋翼模式前飞时,机身部件对旋转机翼的干扰较弱,在经过机身上方时拉力峰值仅略有增加;旋转机翼对鸭翼和垂尾干扰较弱,对机身和平尾干扰较强,随着前飞速度增大,旋转机翼对平尾的干扰会产生较大的升力损失和抬头力矩,需要引起重视。计算结果为该类飞行器的总体综合设计提供了参考。     

一种基于双网格的空间数据库实现方法

双网格是一种基于离散几何的空间对象表示方法。与使用整数坐标系统的Realms不同，双网格使用了有限精度的有理数坐标系统。本文分析了Realms和双网格这两种空间对象表示方法对空间拓扑性的影响以及各自的优缺点，讨论了基于双网格和主存技术实现空间管理子系统的方法。本文还介绍了空间管理子系统与PostgreSQL的集成技术，并设计和实现了基于双网格的空间分析DBMS-SADBSⅡ。该系统能够有效地管理空间数据和非空间数据，并具有ROSE代数定义的全部空间分析操作功能。     

一种新的非结构动网格的生成方法

弹簧方法是一种常被采用的非结构动网格生成方法,文中采用一种新的非结构动网格生成方法即弹性体方法(Elastic solid method,ESM)。和弹簧方法相比,虽然弹性体方法的计算量大,但是可以处理大位移的情况,尤其善于处理网格扭转很厉害的情况。另外,采用弹性体方法可以减小网格重新生成的频率,从而可以减小映射误差,同时也可以减小网格重新生成带来的计算量。将两种方法的数值模拟结果进行对比,进一步表明该弹性体方法在处理动网格问题中的优势。     

双喉道推力矢量喷管的气动性能数值模拟

对双喉道推力矢量喷管的流动特性和气动性能进行了数值模拟研究,分析了在有无推力矢量情况下,双喉道喷管的主流落压比(Nozzle pressure ratio,NPR)和二次流流量对喷管的气动性能与内部流动特性的影响。研究结果表明,在无推力矢量状态下,双喉道喷管在落压比NPR=3.0~4.0之间具有最优的推力系数和流量系数,分别为0.974和0.935。在有推力矢量状态下,双喉道喷管在NPR=4.0时具有最优的推力矢量角和推力系数,其推力矢量角最高为16.1°。当二次流流量为4时,推力矢量角为14.6°,推力系数为0.95。随着二次流流量的增加,双喉道喷管的推力矢量角逐渐增加,但是当增加到一定值之后,推力矢量角会逐渐减小。在相同的二次流流量下,随着主喷管落压比的增加,推力矢量角和推力矢量效率逐渐降低。随着主喷管落压比的增加,双喉道喷管的推力系数逐渐升高,在NPR=4.0达到最大值后逐渐降低。流量系数随着主喷管落压比的增加逐渐增大,但是在NPR=4.0以后,流量系数的变化趋于稳定。     

对偶四元数曲线插值算法在编队卫星中的应用(英文)

传统的编队卫星位置和姿态算法是分开处理的。提出一种新的对偶四元数曲线插值算法,将卫星的姿态结合到轨道中去。首先采用曲线插值算法计算主星的运动轨迹,然后建立从星相对于主星的对偶四元数模型来确定从星的相对位置和姿态,将卫星的位置和姿态进行统一处理。与传统的轨道参数法及四元数法进行误差比较,仿真结果表明该方法不但可以实现编队卫星位置和姿态的统一确定,而且可以满足卫星编队的精度要求。     

基于马赫数分布可控曲面外/内锥形基准流场的前体/进气道一体化设计

提出了一种高超声速飞行器乘波前体的外锥形基准流场设计方法,在锥面马赫数分布规律给定的条件下,通过有旋特征线法实现反设计,提高了基准流场设计的灵活性。该基准流场通过锥形"下凹"弯曲激波和波后等熵压缩波系压缩气流,可以在较短的长度内完成高效压缩。基于反正切马赫数分布外锥形基准流场设计的乘波前体具有较高的容积率,乘波特性良好且出口均匀,设计点时有黏升阻比为1.89。另外,基于该乘波前体和马赫数分布可控的内收缩进气道给出了一种双乘波的前体与进气道一体化设计方案,实现了内外流分别独立乘波,充分发挥了乘波前体和内收缩进气道的各自优势。     

定子双绕组异步发电机航空变频交流发电系统不对称运行性能分析

在航空变频交流电(AC)源中,为保证机载用电设备的正常工作,发电系统应具备适应不对称负载的能力。为了分析基于定子双绕组异步电机(DWIG)的变频交流发电系统带不对称负载运行的性能,提出了一种负载多端口网络不对称分析方法。首先,推导出三相四线制不对称负载的多端口网络等效电路;其次,将其与DWIG的正序、负序和零序等效电路结合,建立完整的DWIG不对称运行的等效模型;最后,根据该模型列写相应的方程并进行求解,最终得到DWIG不对称运行时的输出电压。基于该分析方法,可实现对该发电系统带不对称负载运行性能的定量分析,并得到了电机参数对于输出电压不对称度的影响。样机计算结果与实验结果较一致,验证了DWIG具有较强的带不对称负载的能力。     

溅射靶对离子推力器的热辐射影响研究

为了研究真空环境设备内溅射靶温度升高后对30 cm离子推力器的热辐射影响,采用有限元分析的方法,首先对真空舱内的离子推力器羽流分布进行了模拟,在获得羽流对溅射靶造成的温度变化后,进一步分析了溅射靶温度升高对离子推力器温度以及栅极热形变位移所造成的影响.仿真结果显示,推力器羽流可采用定向分子流模型进行描述,羽流在真空舱内...