摘要：建立了适当的三维仿鸟柔性扑翼模型,并以配平重力和平衡阻力为条件,数值计算了它的低雷诺数非定常流场。研究揭示了翼面初始扭转角度、动态俯仰幅度等重要设计参数与飞行性能的关系,表明扑翼平面的初始扭转程度、扑翼柔性材料的选择以及两者之间的合理搭配对扑翼机的成功飞行至关重要。研究分析了仿鸟扑翼的流场涡结构、升力推力产生原理,下扑过程附着上翼面的前缘涡是升力产生的重要机制。对扑翼气动功率的比较分析也发现,人造扑翼机需要的气动功率明显高出同等大小的鸟类,在效率方面尚不及扑翼飞行生物。

摘要：通过深化认识趋于临界马赫数Macr的圆柱跨声速绕流特性,明确新型飞行器增升减阻设计的空气动力学理论依据。采用大涡模拟方法数值研究了来流马赫数Ma∞为0.75和0.85、雷诺数Re为2×105的圆柱跨声速绕流。结果表明:当Ma∞趋于临界马赫数(Macr≈0.9)时,圆柱的阻力下降且升力系数振荡被抑制;通过力的分解,得知圆柱的阻力减小来自旋涡力的影响,而非可压缩性;圆柱的阻力减小与其背压上升有关;剪切层初始阶段的对流马赫数Mac随Ma∞的增加而增大,而增长率相反,这使得剪切层更为稳定、柱体背压更高。此外,由于Ma∞=0.85时边界层分离点处的激波和尾迹处的激波向下游推移,使得近尾迹处的湍流脉动减弱,进而导致柱体的表面压力振荡和升力系数振荡被抑制。

摘要：基于降落伞的重要应用与设计的实际需要,降落伞的数值模拟开始得到越来越多的重视,而充气过程是其中最为复杂的一个阶段。本文建立了平面圆形伞主充气过程中的CFD(Computational Fluid Dynamics)与结构动力学的MSD(Mass Spring Damper)之间的耦合模型。流场求解采用稳定性较高的标准k-ε模型,在多块贴体坐标下,获得某时间节点处的流场,并将该流场中的压力数据引入MSD模型,以获得下一时间节点的伞衣形状,最终获得主充气过程中伞衣形状和流场之间的动态关系。数值计算结果和实验结果及经验值比较,均有较好的一致性。充气过程的数值求解有助于提高对降落伞充气过程机理的理解。

摘要：将高精度的CFD技术和红外离散传递法相结合,建立了一套基于纳维-斯托克斯(N-S)方程和光谱辐射强度方程相结合的无人机红外辐射的数值模拟方法。采用CFD方法开展了某无人机蒙皮气动加热性能、发动机排气系统的温度和组分摩尔浓度分布计算,结合离散传递法开展红外探测敏感波段下蒙皮、尾喷口和尾喷焰三个主要辐射源的红外信号特性综合分析,研究了不同红外参数变化下全机外形特征、发动机喷管构型和尾喷焰流场分布对红外辐射贡献的影响,获得了一些可以指导无人机红外隐身设计有价值的结论。

摘要：为了研究不同的平面斜激波流场对流线追踪"咽"式进气道性能的影响规律,寻求性能最佳的进气道,对设计马赫数为7,具有不同三维基本流场的流线追踪"咽"式进气道进行了数值模拟。研究表明:选择8-7无粘流场(即俯仰平面内的斜激波由和自由来流呈8°夹角的斜压缩面产生;偏航平面内的斜激波由和自由来流呈7°夹角的斜压缩面产生)作为基本流场设计出的流线追踪进气道压缩性能、总压恢复性能及起动性能均能满足设计要求,并有较高的捕获流量;另外,通过对其进行附面层修正,设计状态下的各性能参数都较接近无粘设计参数,并且大幅度提高了进气道的流场均匀性。

摘要：研究了一类二维非结构网格DSMC方法的实现策略。在数据结构方面,设计了局部化的数据组织方式,节约了内存与计算时间。发展了一种跟踪模拟分子迁移的算法,该算法仅需少量的逻辑运算与代数运算,不仅可以快速跟踪模拟分子在网格之间的迁移,而且可以准确判别分子与物面是否相互作用,搜索过程中的附带信息给出了分子与物面碰撞的精确时间与位置,避免了重新计算。引入碰撞距离的思想,既减少存储又保证正确的模拟结果。在程序编制过程中,我们充分展现了Fortran90高级语言的主要特性,引人动态数组、指针、链表以及派生类型数据,编制了计算程序。最后对过渡流域高超声绕流进行了数值试验。

摘要：研究了二维热化学非平衡流动非结构网格DSMC方法实现的过程。提出了一种新型的高效搜索算法,该算法不仅可以跟踪模拟分子在网格之间的迁移,而且在搜索过程中可以准确判别分子与物面是否相互作用,避免了原有算法中分子表面反射非确定论判据。为加快流场的时间发展历程,设计了适合DSMC方法的动态局部时间步长技术,使其可以应用到定常和非定常流场的计算。利用Fortran90的动态分配内存技术编制了计算程序。最后对过渡流域高超声速圆柱绕流进行了数值试验,计算结果初步验证了该算法的可行性。

摘要：针对高超声速流动气动加热与结构传热的复杂耦合问题,探索和研究基于有限体积法的高超声速流-热-固一体化求解方法,将流场与结构温度场进行统一建模与数值模拟。该方法避开了传统气动加热和结构传热耦合求解方法在时间域内进行流场与结构温度场耦合交替迭代计算所带来的大量数据交换与计算,将流场与结构温度场作为一个物理场,采用统一的控制方程进行求解。采用典型高超声速绕流二维圆管稳态或非稳态流-热-固耦合算例对该一体化方法进行验证,稳态时圆管驻点温度最高达到648 K,非稳态时的热流密度和结构温度与参考文献和实验值吻合较好,由此证明了该方法的可靠性和正确性。与耦合计算方法的对比分析结果表明:该一体化求解方法所得计算结果更接近实验值,并且计算量和网格依赖性都相对较小,具有更好的稳定性和计算精度,能为高超声速飞行器一体化热防护设计提供有效的理论和技术支撑。

摘要：探讨用协同优化方法能否有效地解决机翼气动/结构一体化设计优化问题。首先对基本的协同优化和基于响应面协同优化两种方法的特点进行了探讨,然后以轻型飞机机翼气动/结构一体化设计为例,着重研究如何用协同优化方法建立机翼气动/结构一体化设计的优化模型。研究结果表明,基本的协同优化算法不能有效地解决该机翼气动/结构一体化优化问题,而基于响应面的协同优化方法在求解这一问题时具有较好的鲁棒性。

摘要：针对工业机器人在不带负载时的动力学参数辨识问题,提出了一种基于加权最小二乘法与人工蜂群算法(WLS-ABC)的辨识算法.首先计及关节摩擦特性,推导出机器人动力学模型的线性形式;接着设计五阶傅里叶级数作为激励轨迹,采集辨识实验数据;然后根据文中辨识算法,采用加权最小二乘法得到待辨识参数初始解,并以蜂群为搜索单位,通过群体之间的信息交流与优胜劣汰机制找到全局最优参数;最后对得到的模型进行验证与分析.实验结果表明,通过文中辨识算法得到的预测力矩与测量力矩有较高的匹配度,所建立的模型能够反映机器人的动力学特性.