高精度差分格式WNND的构造及数值实验

基于二阶NND格式,通过引入Jiang和Shu的加权思想以及具有TVD性质的三阶Runge Kutta方法,构造了一种时间、空间均达到三阶精度的WNND格式。分别以波动方程、一维Euler方程和三维全Navier Stokes方程为例,通过对WNND格式的数值结果分析表明,WNND格式引起的耗散和波动较小,并且能够高精度地分辨场间断。     

球锥体高超声速绕流的俯仰阻尼导数的数值计算

采用Navier Stokes方程描述球锥体外形非定常振动流场 ,在Etkin理论下给出俯仰阻尼导数的计算公式。对定常流场的计算采用ADI形式的NND格式 ,对非定常流场的计算采用四步Runge Kutta方法 ,并引入变系数残值光顺技术加速收敛。将俯仰阻尼导数计算结果与实验及工程计算进行了比较 ,并数值研究了其随振动中心的变化规律。     

超声速扩压器中激波串结构的数值模拟

通过求解由BL湍流模型封闭的二维、轴对称及三维雷诺平均N S方程 ,数值模拟了等截面超声速扩压器中由激波 /附面层干扰诱导的复杂流场 ,比较了二维直管、圆截面直管及三维矩形截面直管中的流场特性、激波串长度及压强恢复程度。在来流马赫数为 3 0的二维直管计算中 ,采用四步Runge Kutta显式方法数值仿真了激波串自激振荡过程 ,并与实验结果作了对比分析     

钝体高超声速气动加热与结构热传递耦合的数值计算

气动加热与结构热传递耦合问题在航天和工程应用领域非常重要。分别采用松耦合与紧耦合方法,数值模拟了高超声速二维圆管绕流的流场与结构传热耦合的非定常过程。在紧耦合方法中,流场部分采用基于Navier Stokes方程的有限体积法,将AUSM+格式与时间方向的显式多步Runge Kutta法结合;结构传热部分采用基于二维热传导方程的Galerkin有限元法。流场与结构区通过交界面的热流和温度边界条件实现耦合。计算结果分别与实验、文献做了对比,结构内部温度变化关系以及壁面的热流分布均较好地吻合。两种耦合方式的计算结果对比表明,对于流场特征时间远小于结构传热特征时间的问题,松耦合方法计算效率高,精度与紧耦合方法接近。     

随机共振在微弱信号检测中的数值仿真

对基于非线性双稳系统随机共振的微弱信号检测技术进行数值研究,利用随机共振机制,浸入在噪声中的微弱信号可以得到有效的放大与增强。给出了基于Runge Kutta算法的双稳系统随机共振模型的求解方法,提出了利用随机共振检测微弱非周期信号的一种新思路。数值仿真结果表明,该方法不仅可以检测出强噪声极低频的微弱周期信号,而且可以对非周期信号进行有效的检测。     

鳍对拖式吊舱推进器水动力性能的影响

为考察鳍对拖式吊舱推进器水动力性能的影响,用基于速度势的面元法建立了吊舱推进器水动力性能计算的数学模型,对附鳍的吊舱式推进器的定常及非定常水动力性能进行了预报.螺旋桨和吊舱及鳍之间的相互影响通过迭代计算来处理.采用计算较为简便的关于扰动速度势的基本积分微分方程,并采用双曲面形状的面元以消除面元间的缝隙.在桨叶随边满足压力Kutta条件,用Yanagizawa方法求得物体表面的速度分布.计算了无鳍、单鳍和双鳍拖式吊舱推进器的水动力性能,计算结果表明,鳍会产生推力,使得双鳍时整个推进器的水动力性能最好,单鳍次之,无鳍最低.     

基于BWRS方程的压缩空气压缩因子计算

使用压缩空气作为介质进行流体计算时,为保证计算精度须考虑压缩因子的影响。为了精确得到压缩空气的压缩因子,对压缩因子的计算方法进行了研究。将空气简化为氮气与氧气的混合气体,通过3个真实气体状态方程计算压缩因子,并与已有数据进行比较,验证了将空气模型简化,再计算其压缩因子的方法是可行的。BWRS方程计算出的压缩因子精度较高,但在不同压力下的计算误差有较大差距。为进一步提高计算精度,考虑了偏心因子的影响,通过计算分析、经验修正,得到了精度较高的压缩因子计算算法,并进行了试验验证。结果表明：不同压力下改变偏心因子的数值对计算结果有不同程度的影响;改进后的BWRS方程计算精度得到了提高,从而验证了BWRS方程改进算法计算压缩因子的有效性和可行性。     

关于Craig法的一种新的改进方法及动力学原理

本文针对Craig法在计算振型时精度不高这一问题,通过对Craig法的动力学原理的分析,在引入“剩余约束模态”这一新概念的基础上,提出了一种新的改进方法,最后举有若干计算实例。结果表明,用新法计算所得振型的精度较之原法计算所得振型的精度有了一定的改善,符合实际工程计算的要求。     

导航精度对某型电视制导无人攻击机攻击性能影响

针对电视制导无人机的作战使用方式,分析了影响其攻击性能的因素;建立了导航精度与攻击无人机捕获目标概率之间的关系;基于捷联惯导的误差分析,对无人机中制导末段的导航精度进行了计算。构建了对无人攻击机目标捕获概率进行仿真计算的方案,建立了方案航迹,对其进行了中制导精度分析和目标捕获概率计算,结果表明导航精度和捕获概率直接相关。     

一种GNSS卫星轨道高精度实时插值方法

针对GNSS导航信号模拟源中多星座轨道计算实时性问题,从计算效率、精度等角度分析和对比了牛顿多项式和埃尔米特多项式插值算法的性能,通过对牛顿插值的加“窗”改进,使得卫星位置、速度的插值精度显著提高.算例结果表明,该方法能够在等间距时间点上多个卫星位置已知、速度未知的条件下,高精度实时地内插出卫星的位置和速度,其中卫星位置插值精度为mm级,速度插值精度小于1e-5 m/s,计算量为广播星历直接计算的1/7,位置和速度的拟合精度均优于三阶埃尔米特插值结果.     

三维超声速开式空腔振荡特性研究

采用时间3阶、空间5阶的高精度、高分辨率格式,对稳态来流条件下超声速开式空腔的非定常振荡特性进行数值研究。通过二维和三维空腔压力变化、声压级、振荡频率等参数的计算和分析表明:空腔内存在典型的压力振荡,振荡有近似的周期性,且变化规律较复杂,三维空腔对主振荡频率影响较小,但振荡强度有较大的不同。     

重叠网格法在求解二维非定常欧拉方程中的应用

采用时间和空间二阶精度的ＴＶＤ格式数值模拟了二维楔的水平相对非定常运动过程与定常组合体流场。在数值模拟时，我们采用了重叠网格技术。这种方法大大减轻了复杂外形的网格生成工作量，而且重叠网格间可以有相对运动，这使我们对相对运动物体流场的数值模拟简便易行。     

振动矩形机翼非线性绕流数值研究

发展了可用于模拟包含运动边界的非定常流动的数值方法。该方法采用非结构动网格技术并构造了一种MUSCL类型有限体积格式,求解考虑了动网格效应的三维非定常Euler方程。非结构网格的变形运动由弹簧近似技术实现。用上述方法计算了作正弦振动的矩形机翼非线性绕流,计算结果与实验结果吻合,得到了流体运动与固体运动耦合的非线性流动特性。计算表明,该数值方法具有较好的精度和可靠性,完全可用于气动弹性或其他流固耦合问题的数值模拟。     

非定常Euler方程数值计算中高精度格式应用

采用五阶精度加权紧致非线性格式(WCNS)和非定常“双时间步”方法求解非定常Euler方程,模拟NACA0012翼型强迫俯仰振动流场,研究了高精度格式应用到非定常计算时“双时间步”方法物理时间步长、子迭代收敛判据、子迭代步数以及物理时间导数离散方法对计算精度和计算效率的影响.     

超声速燃烧流的双时间步计算方法研究

发展了模拟非定常超声速燃烧流场的隐式双时间步方法。采用时间分裂法对流动和反应进行解耦处理,流动方程组由双时间步方法求解,内迭代过程采用LU-SGS方法;反应源项方程组通过隐式二阶梯形公式求解。分析了时间分裂格式和时间步长对计算结果的影响,结果显示:一阶时间精度的分裂格式会略微高估化学效率,应该采用二阶时间精度的分裂格式;时间步长的选取对计算结果影响显著,为了保证解耦算法的计算精度,时间步长应足够小以能够较准确捕捉到主导各种输运过程的大尺度涡团的非定常行为。     

圆锥形管道中的瞬变流分析

根据非稳定流的一维流动理论,对圆锥形管道中的瞬变流动进行了分析,推导出了适用于圆锥形管道的连续性微分方程和运动微分方程,给出了这两个方程的有限差分解法,同时对计算结果进行了相对误差的对比分析.分析结果表明,采用该文的方法来进行分析计算可以有效地减小误差.     

超声速飞行器流场的并行数值计算及效率分析

基于有限体积方法、TVD差分格式和显式Runge-Kutta迭代方法的框架,针对超声速/高超声速飞行器绕流流场,在超级并行计算机上完成了2~64个CPU并行数值计算工作。通过测试程序在超级计算机上的并行效率,并将并行程序应用于航天飞机绕流流场计算,检验了计算程序进行大规模并行计算的性能。结果表明,在负载平衡的条件下,程序在该超级并行计算机上达到了不同程度的超线性加速比,并行效率最高达到了126%,远远高于微机Cluster并行平台上的结果,适合复杂流场的大规模并行计算。