三维Euler方程组隐式LU分解的高性能并行计算

许多非定常无粘流体力学问题的数值模拟都需要利用Euler方程组来进行计算,而由于在隐格式下,所选取的时间步长可以比在显格式下时大得多,所以隐格式越来越受到重视,其中隐式LU分解是最常用的方法之一。对三维Euler方程组,采用隐式LU分解进行计算时,网格点所在的各个对角阵面之间存在数据依赖关系,本文分析了采用区域分解且边界上用显格式代替隐格式进行计算的高效性,在长方体建筑物内的爆炸模拟表明,在有112个CPU的某MPP巨型机上,并行计算效率超过60%。本文还分析了计算结果与串行计算时的差异,以及利用区域重叠减小这种差异的方法,同时考虑了对处理器进行合理的逻辑组织,将计算网格映射到处理器网格,以最大限度减少通信开销的方法。文中最后以一个爆炸毁伤的例子实际说明了所述方法的可行性与高效性。     

微等离子体转化二氧化碳发射光谱诊断

火星大气层的主要成分为二氧化碳,如果能够利用低温等离子体方法高效分解二氧化碳,使其转化为氧气和一氧化碳加以利用,可以大幅降低航天员生命保障相关载荷长途运输的成本,进一步提高生命保障能力.低温等离子体放电过程中会产生大量活性组分,可以在数百度温度下实现二氧化碳的高效解离,是具有很大潜力的二氧化碳解离与转化方式.设计了一种...     

FL-9低速增压风洞主体结构有限元分析与气压试验

FL-9低速增压风洞是"十五"国家批准建设的大型航空基础设施,笔者简要介绍了该风洞基于有限元方法的应力、变形和模态分析,并与风洞气压试验结果进行了对比.结果表明:有限元计算中所采用的单元类型、模型简化、边界约束等处理方法合理可行,应力计算值与实测值比较一致,最大薄膜应力为147.6MPa,低于许用值42.1%,风洞结构具有较大的安全裕度.风洞的前六阶模态分析为风洞安全运行提供了参考依据.     

连续小波变换应用于密集模态参数识别

用连续小波变换方法进行模态参数识别时,减小小波函数的带宽可以提高小波变换的频率分辨能力,但同时也会增大边沿效应,影响密集模态参数识别的精度。本文提出了极值位置方法,在模态耦合严重的小波脊附近,找到模态解耦最好的尺度,在此尺度上进行频率和阻尼的识别,可以获得较好的识别精度。使用Morlet小波函数,对GARTEUR飞机模型中的三阶密集模态进行识别,验证了该方法的有效性。     

基于变密度法的薄壁复合壳结构阻尼减振优化

旨在降低薄壁壳的结构振动并实现其轻量化,研究阻尼壳拓扑优化问题.首先,构建以模态损耗因子为优化目标,阻尼单元相对密度为拓扑变量,阻尼材料用量及薄壁壳固有频率为约束的阻尼壳优化模型;然后,基于变密度法思路且采用拉格朗日乘子法求解该模型,并引入SIMP插值模型对拓扑变量进行惩罚而使其向0、1汇聚;进而,推导出优化目标对于拓...     

定常黏性外流气动力分量的同源性及流场断层扫描诊断原理

减阻是空气动力学的基本任务之一。传统流场诊断和减阻方案基于线性分解、各个击破和线性叠加的思路。最近的研究表明:对于给定构型与流动条件的定常绕流,型阻和诱导阻力不是纯数而是尾流截面位置的函数,而且目前广泛采用的诱导阻力公式仅适用于简单附着流。基于这些认识,证明了升力、型阻和诱导阻力在物理上是同源的,可分别定义为Lamb矢量的体积分或其矩的面积分;面对真实的复杂流场,提出了采用Lamb矢量场在一族流场截面上的性状来定义和诊断升力、阻力各分量的技术原理,作为对传统方法的扬弃。以大攻角三角翼流场为例,采用该原理判明了气动力分量对应的流动结构,指出三角翼尾部的二次涡产生负升力和型阻峰值。该结构可以根据边界涡量动力学溯源到局部壁面区域,从而提出了增加升阻比的概念性优化方案。     

基于序列趋势和集合距离的UAV态势相似性度量方法

在无人机（UAV）自主作战与智能决策的过程中，无人机获取的新态势与历史态势的相似性度量是态势评估与作战决策的重要环节，而现有的相似性度量方法主要处理离散时刻态势，采用的欧式距离等方法对数据敏感，不符合作战态势特性，且处理效率低下，针对该问题，提出基于序列趋势和集合距离的UAV态势相似性度量方法。该方法首先选取UAV作战态势要素并以时间序列形式表征数据；然后，使用经验模态分解方法提取历史态势与新态势的序列趋势以度量序列趋势的相似性；最后，对趋势相似的每条态势序列进行自组织映射聚类，得到若干聚类中心构成集合，利用最优子模式分配距离度量集合间的距离，提取集合距离较小的部分获得与新态势相似的历史经验态势。通过公用数据集的分类效果比对实验以及作战仿真态势的相似性度量实验，表明该方法能够有效度量两序列之间的相似性程度，度量效果好，分类实验中分类精度较传统方法最高提高18%，且方法简便，具有一定的实用价值。     

三棱柱尺度比对尾流场的影响

应用粒子成像测速技术(Particle Image Velocimetry,PIV)对不同柱体截面尺度比H (H=3.8、1.9、1.2、0.9、0.7)的三棱柱在雷诺数Re=500条件下的尾流场进行定量测量。对尾流场进行定常和非定常分析,同时结合本征正交分解法和时间空间关联法,研究尺度比H对尾流场相干结构以及尾流场中涡街稳定运输区和涡街流向运输速率的影响。研究发现,三棱柱尺度比H的减小对尾流宽度、尾涡形成长度都有明显的促进作用,但旋涡脱落变慢,非定常性变弱。分析各阶模态对湍动能的贡献,发现随着尺度比H的减小,高阶模态湍动能占比之和有所增加。这就导致尾流场愈加不稳定,涡街稳定运输区域、涡街流向输运速率均减小。同时尾流宽度增大,尾流场阻力系数CD增大。     

一种运载火箭时变结构模态参数辨识的确定性演化方法

针对运载火箭的时变结构模态参数辨识问题进行研究，基于时变自回归滑动平均(TARMA)模型，提出一种时变结构模态参数辨识的确定性演化方法。该方法利用小波基函数的良好局部函数拟合能力，将墨西哥帽小波函数作为TARMA模型时变系数的空间基底，构建了基于小波函数的泛函序列时变自回归滑动平均(FS-TARMA)模型，并发展了两步最小二乘估计方法，实现了时变系数的解耦估计。通过有限单元法，建立了阿里安V号芯级运载火箭时变有限元模型，对所提辨识方法进行了验证，结果表明：墨西哥帽小波基FS-TARMA方法能够有效地辨识系统的时变模态参数；与传统傅里叶基FS-TARMA方法相比，具有更好的辨识精度，并且能够准确地反映出模态局部细节特征。     

模态综合法在航天器动力学仿真中的精度分析

模态综合法可有效解决在传统航天器动力学仿真中出现的整器模型过大、各分系统模型难以对接的问题。为探究主模态截断对固定界面模态综合法精度的影响,文章以串联卫星模型为例,分别利用频率截断法、有效模态质量截断法和势能判据截断法对各子结构进行主模态截断,并对比截断后计算所得综合系统和整星有限元系统的模态特性和动力学响应特性,分析两者间误差大小。结论表明,在低阶频率范围内,频率截断法的截断效率高于其他两种方法,而势能判据截断法的理论依据充足,在高阶频率范围也有很高精度。在实际工程应用中,可根据文章的分析结果,结合具体需求选择合适的主模态截断方法进行模态综合。