网格质量反馈的弹性体动网格改进

高鲁棒性的动网格变形方法是求解包含运动边界的非定常流场问题的关键技术。基于经典的弹性体动网格方法,引入两种设计合理、评价效果较好的网格质量参数——Patrick参数和Baker参数,提出了一种基于网格质量反馈的改进弹性体动网格方法。结合二维NACA0012翼型、三维ONERA M6机翼大角度俯仰运动,对比研究改进方法与经典方法的变形能力,改进方法能够保持较好的网格质量,尤其在最大变形时,可以有效改善较差网格单元,具有更高的鲁棒性。计算了NACA0012翼型、ONERA M6机翼的俯仰振荡绕流,并与实验结果及文献进行对比,结果表明,基于网格质量反馈的改进弹性体法能够显著提高变形网格的鲁棒性,可为非定常流场问题的求解提供有力支撑。     

基于网格质量反馈的弹性体动网格改进研究

高鲁棒性的动网格变形方法是求解包含运动边界的非定常流场问题的关键技术。基于经典的弹性体动网格方法，引入两种设计合理、评价效果较好的网格质量参数——Patrick网格质量参数和Baker网格质量参数，从网格质量反馈优化的角度对经典方法作出改进，提出了一种基于网格质量反馈的改进弹性体动网格方法。结合NACA0012翼型的大角度俯仰运动，对比研究改进方法与经典方法的变形能力，整个过程中改进方法均保持更好的平均/最小网格质量，尤其在大俯仰角90deg时，经典方法的平均、最小网格质量降幅均是改进方法的4倍之多，且机翼尾缘处的网格扭曲严重，而改进方法仍与初始网格保持了较好的一致性，具有更高的鲁棒性。作为例证，分别计算了二维NACA0012翼型、三维ONERA M6机翼的俯仰振荡绕流，并与实验结果及流场规律进行对比，结果表明：基于网格质量反馈的改进弹性体法能够显著提高变形网格的鲁棒性，在大幅度的变形下保持较高的网格质量，对多维流场的求解均可取得精确结果，可为非定常流场问题的求解提供有力支撑。     

基于单元变形的网格间流场信息传递方法

针对单元网格发生变形重构中新旧网格之间的数据插值问题,提出一种基于格点格式有限体积法的流场数据传递方法。利用非结构动网格技术,将旧网格单元移动到新网格单元,同时时间推进求解流场控制方程,获得移动后旧网格单元物理量,并将其赋给新网格单元,以此来实现两套网格间的信息传递。计算结果表明,该方法在信息传递过程中没有引入插值误差,理论上流场求解方法的精度就是信息传递精度,验证结果表明其显著优于二阶插值精度。     

基于四面体表面积分求解三维静磁场

三维物体的网格剖分质量是影响静磁场计算精度的关键因素之一,采用四面体单元剖分可有效地逼近复杂几何结构三维物体的边界。但是,目前未见基于四面体单元剖分的静磁场计算研究,为此通过点匹配方法和等效面磁荷方法实现了静磁场的积分方程法求解。解析算例和仿真算例表明:所研究的数值计算方法在求解三维物体静磁场时精度可靠,具有一定的工程实用价值。     

基于迎风型有限体积法的非结构化网格流场格心数据高质量体绘制方法

在计算流体力学领域,对复杂流场进行数值模拟时常用非结构化网格划分空间,并广泛采用迎风型有限体积法求解流场.该方法将数值解存储在非结构化网格单元(控制体)中心,产生格心数据,并假设物理量在相邻单元邻接面上形成"间断".然而,在可视化此类数据时,目前的重构方法破坏了间断约束,导致"流间断"信息丢失,严重制约了绘制质量.为此...     

一种超空泡空化器优化设计方法

根据超空泡流动力学特性,将其流型计算处理为一有约束的优化问题,从而使空化器优化转化为两目标优化问题。结合基于精英保留策略与小生境技术,选择算子主体为并行选择法的改进混合遗传算法和绕空化器无粘流场的CFD分析进行优化求解,流场数值解采用非结构网格显式时间推进Jameson有限体积法解二维欧拉方程得到。基于该算法进行了以空化器阻力系数最小化为目标的优化设计,同文献结果的对比证明:该方法是有效的,并且极大地简化了计算。     

用于有限体积法的中心WENO混合格式研究

本文通过理论推导得到了6阶中心格式与5阶WENO格式相结合的混合格式(CWENO6格式),为了提高有限体积法中高精度格式的计算效率,引入了3阶MUSCL反卷积方法以取代传统有限体积法中的反卷积方法。通过不同的算例比较了CWENO6格式与WENO5格式的数值表现。结果表明,相比于传统的WENO5格式,在网格量相同的前提下,由于数值耗散较小,CWENO6格式对流动细节的描述更为准确,为有限体积法模拟三维多尺度复杂提供了一种更为有效的方法。     

用于有限体积法的中心WENO混合格式

通过理论推导得到6阶中心格式与5阶WENO格式相结合的混合格式(CWENO6格式),为了提高有限体积法中高精度格式的计算效率,引入3阶MUSCL反卷积方法以取代传统有限体积法中的反卷积方法。通过不同的算例比较了CWENO6格式与WENO5格式的数值表现。结果表明,相比于传统的WENO5格式,在网格量相同的前提下,由于数值耗散较小,CWENO6格式对流动细节的描述更为准确,为有限体积法模拟三维多尺度复杂提供了一种更为有效的方法。     

基于微分几何与李群的无人机编队会合方法

在领航-跟随编队模式下,设计了一种基于追缉策略的无人机编队会合方法。首先,基于微分几何曲线论和弗雷涅-塞雷标架建立了无人机非解耦三维运动模型,其中将曲率和挠率作为控制量;结合该模型给出了无人机三维编队会合问题的数学描述,它将导弹制导问题中的终端落角约束映射为编队会合问题中僚机的航迹倾角约束,同时引入额外的航迹方位角约束;然后使用特殊正交群的元素来度量长僚机方向偏差,并通过局部坐标映射将其映射为对应李代数空间中的旋量;接着,基于该旋量设计了编队会合几何导引律,并给出相应的曲率和挠率控制指令;最后,分别在长机稳定平飞和转弯机动条件下进行了多机编队会合数字仿真实验,仿真结果显示僚机能够有效地跟踪长机航向并收敛至指定位形,说明了方法的有效性。     

非结构动网格分区并行计算方法

针对包含运动边界的非定常流动问题,基于弹簧近似法设计了一套非结构动网格分区并行计算流程,引入了METIS软件进行非结构网格二次剖分,研究了对接边界通信类型及其处理方法,基于消息传递并行编程模式实现了非结构动网格求解器的并行化。测试结果表明:该求解器具有较高的并行效率,网格变形模块对非结构动网格并行计算性能具有重要影响。     

基于新型非结构有限体积解耦算法的激波诱导燃烧数值模拟

把基于结构网格有限差分方法建立的化学非平衡流动模拟的新型解耦算法推广到基于非结构网格的有限体积法,从而可用于模拟复杂几何构型下的化学反应流动.对H2/ Air预混气体中激波诱导振荡燃烧的Lehr实验进行了数值模拟,计算得到的振荡频率与实验结果符合很好,表明计算方法具有时间和空间二阶精度.通过对不同几何外形发射体的计算发...     

一种适用于临近空间飞行器大变形的动网格策略*(专题约稿)

对于超大展弦比构型的低速临近空间飞行器而言,在飞行过程中结构变形非常显著,基于计算流体力学的分析方法对于动网格提出了非常高的要求。本文提出一种适用于边界大变形的动网格策略,该种动网格基于映射的思想,将边界网格的位置变化以某种权重反映到流场网格,并更新网格节点位置。文章选取距离倒数的n次方作为权重,首先研究了不同的权重指数n对网格变形的影响规律,然后开展了二维与三维动网格实例分析。结果表明,这种动网格方法能够很好的适用于大变形的情形,并能很好的保证变形后的网格质量。     

适用于临近空间飞行器大变形的动网格策略

对于超大展弦比构型的低速临近空间飞行器而言,由于其在飞行过程中结构变形非常显著,因此基于计算流体力学的分析方法对于动网格提出了非常高的要求。为此,提出了一种适用于边界大变形的动网格策略,该种动网格基于映射的思想,将边界网格的位置变化以某种权重反映到流场网格,并更新网格节点位置。选取距离倒数的n次方作为权重,研究不同的权重指数n对网格变形的影响规律,然后开展了二维与三维动网格实例分析。结果表明,这种动网格方法能够很好地适用于大变形的情形,并能很好地保证变形后的网格质量。     

基于最优控制的翼伞路径规划

提出了一种基于最优控制的翼伞路径规划方法。该方法以提高落点精度和减少操纵量为目标,将翼伞的轨迹优化问题转变为参数优化问题,并运用改进的粒子群优化算法进行了有效的求解,得到了基于最优控制的翼伞路径规划的近似最优解。为了验证该方法的可行性,在仿真环境中同时使用了传统分段控制方法和最优控制方法。归航的计算机仿真结果表明,基于最优控制的翼伞路径规划方法提高了落点的位置精度和方向精度,同时减少了操纵量。     

基于功能的网格服务匹配算法

网格环境下,服务功能匹配效果决定着网格服务质量,在分析了网格服务匹配方法中基于推理的匹配算法和相似度匹配方法中基于距离的匹配算法后,对这两种算法的精确度、复杂度和匹配效率进行了分析和比较.结合这两种算法,提出了服务功能匹配改进算法,该算法通过采用细化匹配粒度,引入深度因素等方法,增加了匹配精确度.通过实验模拟,查准率和查全率上表明该改进算法具有一定优越性.     

伞翼无人机线性自抗扰高度控制

针对伞翼无人机参数不确定性和复杂环境干扰敏感的问题,提出一种伞翼无人机线性自抗扰(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)高度控制方法。建立伞翼无人机8自由度飞行动力学模型,并引入风场和降雨模型以更加准确地模拟真实飞行环境。基于LADRC确定总体控制架构,设计线性扩张状态观测器对所有扰动进行估计,并引入误差反馈率在控制中实时补偿。使用该控制方法在多种扰动工况下进行伞翼无人机高度控制仿真实验。仿真结果表明,基于LADRC的高度控制方法能够有效克服内扰和外扰的影响,实现高精度高度控制;与传统PID控制效果相比,LADRC控制器具有更好的抗扰能力和鲁棒性。     

微型导弹柔性充气翼结构设计与力学变形仿真

以NACA2412为基准翼型设计充气弹翼,采用柔性蒙皮应力分析理论并根据弹翼蒙皮材料强度极限理论建立考虑分布质量影响的改进应力表达模型,据此得到柔性薄膜弹翼允许充气压力范围。分析结果发现:柔性弹翼充气单元尺寸越小,相应的充气压力允许范围越大。采用ABAQUS/CAE软件以不可压缩壳单元仿真柔性充气弹翼在不同充气压力条件下的变形情况,发现非对称翼型充气后中间下凹的翘曲方式并确定柔性蒙皮的危险点,利用翼面典型线分析了充气翼局部力学变形特性。进一步对充气弹翼进行表面覆膜改进分析,获得了良好的结构力学性能改进效果。     

面向复杂几何模型的多级并行四面体网格生成算法

高性能计算机的快速发展为数值模拟提供了必需的硬件环境,数值模拟领域对网格的需求已高达数十亿到数百亿量级,而网格生成作为数值模拟的重要一环,其发展则相对滞后,很难满足并行数值模拟求解器对大规模网格的需求。本文面向复杂几何模型提出一种多级并行四面体网格生成算法,该算法首先基于模型的几何特征建立网格的尺寸场,并基于尺寸场和几何实体间的邻接关系对几何实体进行分组,将分组后的几何实体分配到不同的计算节点,在计算节点间采用前沿推进法实现三角形面网格的并行生成,然后在计算节点内对三角形面网格进行二级区域分解,将分解后的子网格分配到各进程中,最后在进程内采用多线程并行方法实现四面体网格的并行生成。通过实际应用三峡大坝模型进行验证,该算法具有良好的并行效率和可扩展性,可以在数千处理器核上实现十亿规模高质量四面体网格的并行生成。     

基于MATD的高超声速飞行器反演控制

针对高超声速飞行器弹性体模型,提出了一种基于改进的反正切跟踪微分器(MATD)的鲁棒反演控制器。将控制系统分为高度和速度子系统,采用反演方法设计虚拟控制量和实际控制量。引入MATD对高阶系统虚拟控制量求导,避免了传统反演方法"微分膨胀"的问题。基于MATD设计干扰观测器,对模型不确定项进行精确估计,增强了控制器的鲁棒性。最后,通过实例仿真验证,该控制器对速度和高度指令具有很好的跟踪效果,且具有较强的鲁棒性。     

各向异性材料的有效弹性模量

在夹杂理论的基础上,采用用自洽法导出了含分布夹杂的各向异性弹性体的本构关系和有效弹性模量的细观力学表达式。本文得到的公式不仅可以处理含缺陷和损伤的材料的有效弹性模量,而且还可处理诸于纤维复合材料等各向异性材料的理论及有效弹性模量,从而为建立材料细观结构与宏观性能之间的关系提供了理论基础。