静电MEMS器件的力电耦合分析与模拟

分析了微机电系统中静电-结构耦合的拉入(pull-in)特性,比较了牛顿迭代法、松弛法、有限元/边界元混合法等方法求解静电-结构耦合问题的各自特点。     

电弧喷射推力器电磁场模拟

为了揭示电弧喷射推力器内部电磁场特征及其与高温电离气体间的相互作用机理,建立了比较完善的电磁场模型,详细讨论了电磁场数值模拟方法及其计算效果.模型同时考虑了电场力、洛仑兹力和电子压强梯度对传导电流的贡献,由电子动力学方程和粒子微观碰撞理论推导出电流方程,由麦克斯韦方程组推导出电磁场控制方程,采用包括强隐过程(SIP)迭代法在内的十种迭代方法求解离散的电磁场方程.研究表明,SIP迭代法是适用于电弧喷射推力器电磁场模拟的快速有效的方法,模型能够准确地反映推力器内部电磁场与高温电离气体间的相互作用机理.     

适用于混合网格的改进雅可比迭代法及其应用

LU-SGS因有较高的鲁棒性和小的内存需求而得到广泛应用,然而用于混合网格计算前需要进行网格排序和分组来实现算法并行;此外,LU-SGS格式收敛效率不高。针对这些缺点,本文提出了一种改进的适用于复杂混合网格的雅可比迭代方法,无需网格排序和分组就可实现算法的并行化,且有较快的收敛速度。该方法编程实现简单,易于采用OpenMP实现并行。算例研究表明,相比于LU-SGS格式,在各来流条件下,本文提出的方法收敛速度更快,鲁棒性好,并行和串行结果一致,且内存需求增加很少。      

带极端特征向量的重新开始GMRES算法

求解大型非对称线性方程组的 Ｇ Ｍ Ｒ Ｅ Ｓ算法通常以其重新开始版本来减少存储量和计算量,而重新开始过程将影响残量的收敛速度。由此可以考虑在重新开始时保留一些重要信息,如把极端特征值对应的近似特征向量加到新的 Ｋｒｙｌｏｖ 子空间中。这样可以大大加快其收敛速度,而且保持残量最小化性质。     

大型结构特征值问题的并行EBE－子空间迭代法

本文利用ＥＢＥ策略和预处理共轭梯度法（ＰＣＧ法），将广义特征值问题子空间迭代法中各步的计算都单元化，从而避免了总刚度和总质量矩阵的组集，大大节省了存储量。由此建立的ＥＢＥ－子空间迭代法尤其适宜于并行计算。在银河－２机上的数值算例结果表明，无论是串行，还是并行计算，该方法都能有效提高计算速度。如对模型问题，若网格取４８０，则在串行计算时，ＥＢＥ计算途径较传统的总体计算途径的速度提高倍数达３．２７，而在挂用４个处理机进行并行计算时的ＥＢＥ－子空间迭代法较串行的总体计算途径的速度提高倍数可达１１．４。总之，该方法为一种有效的大型结构动力分析问题的求解方法。     

锥运动环境下旋转矢量的三子样二次迭代优化算法

文章推导了三子样二次迭代捷联惯导姿态更新算法,提出了以锥误差最小为优化标准的三子样二次迭代优化算法,并对单回路的三子样、四子样,以及双同路的二子样、三子样的算法漂移进行了对比计算,发现三子样二次迭代优化算法优于其余三种算法.     

基于雅可比矩阵精确计算的GMRES隐式方法在间断Galerkin有限元中的应用

为改善高阶间断Galerkin有限元方法(DG)时间推进效率,在三维非结构网格下针对该方法建立了并行广义最小残差(Generalized Minimal Residual,GMRES)隐式时间迭代方法,GMRES方法基于科学计算工具包PETSc中的Krylov子空间求解器实现。为进一步提高GMRES的计算效率,发展了方程组右端项残值雅可比精确计算方法,针对无黏通量Roe格式和黏性通量BR2(Bassi Rebay 2)黏性计算方法,分别解析给出其对守恒变量多项式自由度的雅可比矩阵。基于建立的方法首先采用NACA0012翼型研究了GMRES的重启次数及收敛参数对方法收敛性影响,然后采用无黏及黏性算例对比研究了基于雅可比矩阵不同计算方法的GMRES计算效率,同时对比研究了雅可比矩阵完全近似求解下GMRES和LU-SGS(Lower Upper-Symmetric Gauss-Seidel)的计算效率。结果表明,建立的基于右端项残值雅可比矩阵精确求解的GMRES方法能够大幅提高不同精度DG方法的CFL(CourantFriedrichs-Lewy)数,相比前面提到的其它方法具有更高的计算效率,其收敛速度实现量级以上的提高。     

智能反射面定位发展现状及其在非视距定位中的应用

在未来的通信网络中,复杂的信道环境是制约定位性能的主要因素之一。智能反射面是近年提出的一种具有特殊电磁特性的人工二维表面,可以控制电磁波的吸收、反射与折射特性,从而实现对信道的调控,具有广阔的应用前景。首先介绍了该技术的发展现状,从智能反射面的电磁特性及其在通信定位中的应用等方面归纳分析了其现阶段的研究成果,然后针对非视距应用提出了一种基于智能反射面的定位方法。通过仿真验证了该方法的有效性,在不同的发射功率下均实现了定位误差降低50%以上,并且提高了定位鲁棒性,实现了对波束盲区的覆盖。最后,从新型定位场景、通信技术结合、资源分配和人工智能应用4个角度,对智能反射面定位技术的研究进行了展望。     

空心阴极的发射热特性研究

空心阴极的发射体在电子发射时会处于动态热平衡状态,这种发射热特性对发射体的利用率和工作寿命有重要意义。为研究空心阴极发射热特性及相关热设计方法,建立一种流-热耦合数值模型,将等离子体流场计算与组件热分布计算进行耦合,并采取一种逆向迭代方法来收敛计算,数值模型在验证试验下的计算误差低于11.3%。在此基础上,对发射体温差的机理以及阴极顶孔径对发射体温差的影响规律进行数值分析,主要结论为:羽状模式下的核心电离区较发散,导致发射体温差较点状模式高出50 K左右;适当增加阴极顶孔径可对发射体温差有降低作用。     

Mars entry guidance using a semi-analytical method

Future Mars missions may require improved landed accuracy to facilitate the landing site selection and finally access a region of complex terrain with high scientific return. This paper is to develop a novel, robust, and precision entry guidance algorithm for Mars entry vehicles with low lift-to-drag ratios. In the presence of large uncertainties, the entry terminal point controller algorithm can encounter severe performance degradation due to: (1) the small perturbation assumption, and (2) theoretically ignoring deviations in the atmospheric-density model, aerodynamic-force model, etc. Based on numerical technologies and the classical variation method (VM), this work develops a semi-analytical (SA) algorithm, in which combined effects of several dynamic uncertainties now can be addressed. The terminal-downrange error is predicted by a numerical predictor such that the dependence on the reference trajectory can be reduced and then the issue caused by the small perturbation assumption can be addressed. Such a predicted terminal-downrange error is finally corrected by an analytical corrector, which is designed by the VM. It is indicative that there can be no numerical iterations in the SA algorithm. Numerical results demonstrate the effectiveness of the SA algorithm.