面向沉浸式流场可视化的多视图数据管理方法

由于沉浸式环境下的三维交互方式对二维界面操作不够友好,使得依赖于二维列表界面的流场数据管理任务变得复杂且低效。为了实现沉浸式虚拟环境下对流场数据高效的组织和管理,增强用户对流场空间信息的理解,提出一种基于多视图结合交互的沉浸式流场可视化数据块管理方法。该方法构建了一个三维小视图用于提供场景概览,并通过“主视图交互+小视图辅助“”小视图交互+主视图反馈”等多种多视图组合交互方式完成对多块流场数据的管理交互操作。最后构建了一个基于手势的沉浸式流场可视化系统,定义多项交互任务,从学习时长、完成时间和用户反馈几个方面对比了多视图方法和传统交互方法差异。实验结果表明,相比于传统交互方法,多视图方法可以显著提高数据管理任务的效率。     

径向基/超限插值结构网格运动方法中的变形一致性问题

针对径向基函数插值和超限插值的结构网格运动方法(RBF_TFI)中变形一致性问题引起的空间网格棱线扭曲和网格单元交叉现象进行深入分析,并依据分析结果提出一种改进的RBF_TFI结构网格运动方`法.首先基于HIRENASD机翼模型计算网格绕y轴旋转30°的算例,从变形网格质量、棱线交叉点位移误差与空间棱线扭曲等方面分析了不同基点选择方案中变形一致性问题产生的原因;然后将与物面相连的空间棱线定义为边界棱线,并采用三次样条插值的方式更新边界棱线上网格点的坐标.使用HIRENASD算例对文中方法的效果进行了验证,结果表明,该方法能够消除变形一致性问题引起的棱线扭曲现象,有效地避免变形网格出现交叉和产生负体积单元.     

面向高阶精度CFD的JFNK算法及其并行计算

目前计算效率低是限制计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)高阶精度格式方法的重要因素之一。由于高阶精度格式计算模板相对复杂,很难精确计算其Jacobian矩阵,从而影响传统LU-SGS(lowerupper symmetric Gauss-Seidel)等算法的收敛效率。JFNK(Jacobian-free Newton-Krylov)算法是Krylov子空间方法与非精确牛顿方法的结合,拥有较好的迭代收敛效率,采用无矩阵思想,只计算Jacobian矩阵与矢量的乘积,从而有效避免Jacobian矩阵的计算和存储。在真实高精度结构网格CFD应用程序中,设计并实现了JFNK时间求解算法。在有粘低速圆柱绕流的算例测试中,和传统LU-SGS算法相比,JFNK算法拥有更好的计算稳定性,同时可使迭代收敛效率提高2倍以上。以天河2号超级计算机为并行计算平台,对JFNK算法和传统的LU-SGS算法的并行强可扩展性进行了测试,二者均表现出良好的并行效率。     

面向流场可视化的沉浸式虚拟现实协作框架

针对现有流场协作分析应用协作模式单一、协作环境搭建成本高等问题,根据流场协作分析的需求,提出面向流场可视化的沉浸式虚拟现实协作框架.首先定义支持流场协作同步的协作消息;然后提出支持流场可视化结果共享的协作管线树;最后设计并实现了沉浸式虚拟现实流场可视化协作分析的演示协作分析模式和自由协作分析模式,用户可以根据实际任务选择合适的协作分析模式,以支持团队进行流场协作分析.通过构建原型系统并对流场数据分别进行演示协作分析和自由协作分析,从不同用户的观察视角出发,展示了2种协作分析模式的协作过程.     

连续式高速风洞液氮降温供配气系统设计与实现

研制低温高雷诺数风洞对我国国防工业的发展具有重要战略意义和工程应用价值。通过喷注液氮的方式,建成了国内第一套适用于连续式高速风洞的降温系统。介绍了NF-6连续式高速风洞降温系统的总体方案和主要技术指标,重点论述了其中供配气系统结构和技术原理,并给出了运行调试结果。测试结果表明:NF-6风洞降温系统的液氮需求量计算方法正确,液氮存储装置工作稳定,液氮存储量和驱动气源的能力满足降温实验要求;配气系统设计合理,预增压装置工作稳定,喷前压和挤推压控制平稳;供配气系统与整体降温系统匹配良好,总温、总压、马赫数及运行时间等关键指标达到设计要求,风洞实验雷诺数提高近50%。     

三铰扑翼建模及数值计算

为研究鸟类翅膀展向变形对扑翼气动特性的影响,基于对鸟类翅膀变形的观察,分别用动静法和拉格朗日方程建立三铰扑翼的数学模型,并利用数值计算研究该模型.结果表明：使用NACA0004作为截面的三铰扑翼在对称扑动时能够产生净升力;随着中翼弹性系数比的增大,周期平均升力因数增大,但周期平均阻力因数不存在单调性;三铰扑翼比双铰翼的周期平均升力因数明显小;随着外翼弹性系数比的增大,周期平均升力因数和周期平均阻力因数也不存在单调特性.     

含激波、旋涡和声波的复杂多尺度流动的直接数值模拟

本文主要报道了我们近年来在银河并行机上采用五阶WENO格式所做的一系列直接数值模拟研究,主要包括激波与单旋涡相互作用、激波与旋涡对相互作用、激波与三维纵向旋涡的相互作用,以及可压缩各向同性湍流。研究的主要目的是揭示激波与旋涡间相互作用中的激波动力学特性、旋涡变形、旋涡破裂和声波的产生机理,以及湍流等多尺度复杂流动的流场结构和流动机理。研究表明,高阶WE-NO格式具有很好的分辨率和稳定性,是研究上述包含强间断与复杂流场结构的流动的理想数值方法。研究发现,激波与强旋涡相互作用具有多级特征,即激波与初始旋涡的相互作用、反射激波与变形旋涡的相互作用、小激波与变形旋涡的相互作用。激波与旋涡对相互作用中产生的声波包含两个区域:线性区和非线性区。在线性区,激波与旋涡对相互作用产生的声波是激波分别与每个旋涡单独作用产生的声波的线性叠加;而在非线性区则与激波和耦合旋涡对的作用有关。在激波与纵向旋涡的相互作用过程中,发现旋涡破裂区存在多螺旋结构。在高初始湍流马赫数的各向同性湍流脉动场中,也发现了广泛报导的"小激波"的存在,这是可压缩湍流有别于不可压缩湍流的显著结构特征。     

弹性变形对大长细比导弹纵向稳定性的影响

综合考虑飞行动力学和气动弹性力学的相互影响,基于结构弹性模态和刚体飞行模态,耦合求解非定常气动力和结构动力学模型,研究大长细比导弹受弹性变形影响时的纵向稳定性.研究发现,大长细比导弹的弹性特征明显,结构弹性变形和刚体运动之间的相互影响不容忽视,分析大长细比导弹稳定性时需要将结构弹性变形与刚体运动统一起来进行研究.考虑刚体俯仰模态后,导弹的稳定性发生显著变化,系统由稳定变为不稳定,在较低动压下系统失稳,主要表现为俯仰模态的静失稳发散.来流动压和结构刚度会影响大长细比导弹的纵向稳定性.     

基于AMESim的电液伺服阀试验和仿真研究

电液伺服阀是液压伺服系统的核心元件,直接影响系统的控制性能.利用AMESim软件对电液伺服阀进行建模仿真,模拟出电液伺服阀的特性.通过对比试验数据和仿真数据,验证了电液伺服阀仿真模型的有效性.     

低速风洞模型振动主动控制仿真研究

风洞试验模型的振动对数据精准度具有较大影响,特别是在大迎角试验状态下模型的振动甚至危害到了试验的安全性。为了提高试验数据的精准度,保障试验安全性,有必要采取措施控制风洞试验中的模型振动。针对中国空气动力研究与发展中心4米×3米低速风洞尾撑装置的特点,制定了两种振动主动控制方案,并对控制方案进行了有限元仿真验证。采用ANSYS软件对4米×3米风洞尾撑装置进行了有限元建模,在此基础上进行了模态分析,获得了尾撑装置的固有频率及振型等动力学特征。进而采用 APDL编程语言,基于平滑预测策略对主动控制过程进行了动力学对比分析。仿真分析表明,所提出的4米×3米风洞尾撑装置主动控制方案具有良好的抑振效果。