后掠机翼尾涡面和下洗场计算

本文基于三元涡系摸型,采用顺流逼近法计算后掠机翼尾涡面形状位置和下洗场。文中对文献[2]的涡系摸型作了局部修改,并应用Prandtl-Glauert变换导得便于数值计算的亚音速诱导速度公式,使本法可用于计算任意低、亚音速后掠翼。文中提出,当计算向下游推进时,百分之七十展长外的尾涡全部卷起,可作为终止计算推进的指标。另外,选用密集的离散涡并不会使计算结果的准确性,带来明显的提高。两个算例结果表明:取离散涡数m=13,计算步长为25％半展长时,算得的尾涡面形状合理,平尾处下洗场与平均下洗角测量值相当符合。     

船舶操纵线性水动力导数计算方法研究

以粘性流场中船舶操纵水动力预报为研究背景,通过对商用计算流体力学软件FLUENT的二次开发,采用其动网格技术以及后处理系统,对大型船舶的线性水动力导数进行了数值计算.考虑变舵角、斜航、纯横荡、纯首摇运动状态,得出随船坐标系下作用于操纵运动船体的水动力及力矩,并对之采用最小二乘法进行曲线拟合得到船舶操纵运动的线性水动力导数,数值计算结果与理论估算值吻合.稳定的计算结果表明该方法可用于复杂船舶运动的水动力导数计算.     

船舶碎冰区斜航运动的水动力导数预报

目前敞水水动力导数的研究较为成熟,冰水耦合后的船舶水动力导数研究尚处于起步阶段。为求解碎冰工况下冰水耦合后船舶斜航运动水动力导数,使用CFD软件STAR-CCM+中DEM颗粒模拟碎冰粒子,开启DEM模块下双向耦合模式,通过动量、能量交换达到冰块与水耦合作用,并选用小漂角工况分别为0°、2°、4°、6°、8°进行了斜航运动数值模拟。忽略自由液面的影响。分别计算敞水工况以及碎冰工况下船舶所受的侧向力以及转艏力矩,通过对各漂角下无因次后的力以及力矩拟合从而求解出各个水动力导数。考虑冰块的干扰具有随机性所以采用干扰后的力以及力矩最大值以及最小值分别求解对应的水动力导数,形成一个水动力波动区间,更为真实地预报冰水耦合下的船舶水动力导数。通过计算结果表明,敞水工况下船舶各部分水动力导数值与模型统计公式计算值相差不大,冰水耦合后部分水动力导数波动区间端点值出现正负,冰水耦合后水动力导数随机性较大。     

重心插值及其在求解高阶微分方程中的应用

将计算区间采用第二类Chebyshev点离散,利用数值稳定性好、计算精度高的重心插值近似未知函数,建立未知函数各阶导数在计算节点上的微分矩阵,提出数值求解微分方程初边值问题的重心插值法。采用重心插值法将微分方程及其初边值条件离散为线性代数方程。利用微分矩阵直接计算得到未知函数在节点上的各阶导数值。数值算例表明本文方法具有计算公式简单、程序实施方便和计算精度高等优点。     

用差分概念法和偏导数法计算滑动轴承动特性的精度分析

本文对180°无限长圆柱轴承(偏位角θ=90°)的动特性进行了理论分析,推导出各刚度系数、阻尼系数的解析表达式,并用差分概念法和偏导数法求出了各系数的数值解,将其与解析解作了比较,定量地说明了两种数值计算方法的精度以及计算中采用不同的函数形式、扰动量、分格数对精度的影响。     

一类具有二阶导数的求积公式

利用带二阶导数的Ｈｅｒｍｉｔｅ插值公式,导出一类具有二阶导数的求积公式．此类求积公式不但需要结点上的函数值,还需要结点上的一阶和二阶导数值．当被积函数在结点上的导数值容易计算时,利用这类公式进行计算可以得到十分精确的结果．     

基于Fortran90的自动微分算法

为了得到高效准确的数值微分运算工具,根据自动微分技术的基本原理,利用Fortran90语言开发了自动微分计算模块MADF（Moduleof Automatic Differentiation with Function）,引入ADF（Automatic Differentiation with Function）数据类型,按照求导规则对运算符及基本函数进行重载,在计算函数值的同时实现了其导数值的自动计算。利用此方法计算了长柱形天然气储运罐的应力对载荷和材料特性参数的导数,其结果与解析解完全一致。     

粘性流场中船舶操纵水动力导数计算

以船舶操纵水动力预报为研究背景,通过对商用计算流体力学软件FLUENT的二次开发,采用其动网格技术以及后处理系统,对粘性流场中大型船舶操纵水动力导数进行了数值计算.船体按照斜航、不同舵角、纯横荡和纯首摇等状态做运动,得出随船坐标系下作用于其上的水动力及力矩.通过进行基于最小二乘法的曲线拟合,最终求得船舶操纵水动力导数.计算结果表明,纯横荡运动和纯首摇运动的水动力与运动无因次频率呈现较好的线性关系,间接验证了所提出的计算方法适用于复杂船舶运动的水动力导数计算.     

重心插值配点法求解初值问题

将计算区间采用第二类Chebyshev点离散,利用数值稳定性好、计算精度高的重心Lagrange插值近似未知函数,建立未知函数各阶导数在计算节点上的微分矩阵,提出数值求解微分方程初值问题的重心插值配点法。采用重心插值配点法将微分方程及其初始条件离散为线性代数方程。将初始条件离散代数方程直接附加到微分方程离散代数方程组,得到n个变量n 2个方程的代数方程组,采用最小二乘法法求解线性代数方程,得到节点的函数值。进而利用微分矩阵直接计算得到未知函数在节点的一阶导数和二阶导数值。数值算例表明本文方法具有计算公式简单、程序实施方便和计算精度高的优点。     

溢洪道中墩水翅的数值模拟

采用Realizable k-ε模型和VOF多相流方法,对溢洪道引水渠、溢流堰和泄槽段进行三维数值模拟.分析了中墩尾部水翅的成因与影响因素.对平尾墩、半圆形尾墩、椭圆形尾墩和斜尾墩4种中墩尾部体型设计方案的数值计算结果进行对比分析,确定斜尾墩设计方案为最优方案.对平尾墩、斜尾墩体型设计方案,采用物理模型试验进行验证.结果表明,数值模拟结果和物理模型试验结果相符,增设斜尾墩的优化方案能够较好地解决溢洪道中墩水翅问题.     

用积分算子方法求二阶数值微分

数值微分就是用离散方法近似地求出函数在某点的导数值.关于数值微分己有许多求解方法,但这些方法都有各自的局限性,且关于二阶导数近似逼近的方法研究相对较少.基于Groetsch的思想,提出了利用积分算子来构造近似二阶导数的方法,并将此方法应用于二阶数值微分问题,给出了相应的误差估计.通过数值实验表明,此方法对于二阶数值微分问题十分有效,而且计算量小.     

涡发生器对风力机翼型绕流场的影响研究

为了研究涡发生器对风力机专用翼型气动性能的影响,采用数值模拟的方法对带涡发生器风力机的翼型进行了数值计算.首先对具有试验数据的带涡发生器翼型进行了数值计算,验证了计算方法的可行性;然后采用该计算设置对所要研究的风力机翼型在多个攻角下的情况进行了计算.结果表明:在小攻角下当翼型未发生流动分离时,涡发生器可能使翼型升阻比降低;当攻角增大,翼型发生流动分离时,涡发生器可以有效推迟流动分离,增大失速攻角,提高升阻比.     

电磁场数值计算小波—伽辽金法中任意点有关联系数的计算

小波-伽辽金法计算电磁包括计算小波及其导数的内积,即关联系数,本文给出了某些典型关联系数在任意点值的数值计算方法和程序,其特点是利用该方法可以计算出任意有界区间,任意点的关联系数值,而不仅仅是二进点上的关联系数值。     

重心插值配点法求解初值问题

将计算区间采用第二类Chebyshev点离散,利用数值稳定性好、计算精度高的重心Lagrange插值近似未知函数,建立未知函数各阶导数在计算节点上的微分矩阵,提出数值求解微分方程初值问题的重心插值配点法。采用重心插值配点法将微分方程及其初始条件离散为线性代数方程。将初始条件离散代数方程直接附加到微分方程离散代数方程组,得到n个变量n＋2个方程的代数方程组,采用最小二乘法法求解线性代数方程,得到节点的函数值。进而利用微分矩阵直接计算得到未知函数在节点的一阶导数和二阶导数值。数值算例表明本文方法具有计算公式简单、程序实施方便和计算精度高的优点。     

改进的探月返回飞船再入数值预测校正制导方法

为减少探月返回飞船再入数值预测校正制导方法在跳跃段倾侧角的偏转频率、实现过载的有效抑制,采用搜索跳跃段的倾侧角偏转能量点和末段阻力加速度反馈补偿的方法,提出了改进的数值预测校正制导方法.首先,用割线法搜索倾侧角偏转能量点,使得飞船在跳跃段只进行一次偏转即可实现落点精度要求;然后,根据指数大气假设,得到阻力加速度的导数,并根据过载约束定义参考阻力加速度;最后,采用阻力加速度及其导数与参考阻力加速度及其导数的误差对倾侧角的大小进行反馈补偿,抑制末段轨迹的过载.实验结果表明,该方法倾侧角偏转次数少,过载抑制能力强,鲁棒性好,能够有效解决现有方法存在的跳跃段倾侧角偏转频率高,末段过载抑制能力差的问题.     

柔性火箭弹气动力计算精度预测

为验证小变形小攻角下基于准定常和线性理论进行柔性火箭弹气动力计算的合理性,采用计算流体力学(CFD)方法预测了某火箭弹的升力及阻力系数,并在此基础上与经验公式相结合,获得该火箭弹沿轴向的单位长度升力和阻力系数导数分布.应用多体系统传递矩阵法计算了该火箭弹的固有频率和振型,在准定常及线性理论的假设条件下,结合已得到的气动力系数导数,计算了基于火箭弹一阶振型的两个弯曲模型在不同攻角下的单位长度气动力系数分布.与CFD计算结果进行对比,发现该火箭弹在实际飞行条件下,该计算方法精度较好,在远超于实际的大变形时、攻角较大的情况下在头部和弹身处仍具有一定精度,但尾部误差较大,总体精度降低.     

不同攻角运动的水下导弹表面空泡流场数值研究

在水下高速航行的弹体表面的局部低压区会形成空泡,而空泡的形成会对弹体周围的流场造成很大的影响.当弹体在一定攻角下航行时,弹体周围的流场非常复杂.文中采用Singhal提出的空泡模型,利用有限容积法对三维弹体的外流场进行了数值模拟.将零攻角下的数值结果与文献中的经典实验结果进行了比较,二者数据符合较好.利用此方法对5种小攻角进行了研究,比较分析了5种攻角下弹体表面的空泡分布和压力系数分布,并通过数值积分的方法得出弹体在不同攻角下的侧向力和力矩.计算结果表明,当攻角大于2.5°后,侧向力和力矩会大幅度的增加.文中结论可供水下垂直发射与水下导弹的研究与设计参考.     

泰勒展开边界元法的船舶兴波阻力计算

针对分布源方法求解船舶定常兴波时需将自由面配置点前移的问题,本文基于一阶泰勒展开边界元方法构造边界积分方程。利用定常兴波势一阶导数直接求解,克服了分布源方法中定常兴波势一阶、二阶导数均需差分,构造边界积分方程复杂的问题。分别计算了Wigley船型以及S60船型的兴波阻力,给出了不同船型的波面等高线图,船侧波形图。计算结果与已发表的数值结果和试验数据吻合较好。本文方法无需对自由面配置点前移,避免配置点移动距离对数值结果的人为影响,改进了数值模拟方法的鲁棒性。     

一类解非线性方程的不需要计算导数的新方法

为解决Newton迭代法求非线性方程数值解时必须提供一阶导数值的问题,提出了一个新的迭代方法,该方法不需提供导数值而只需计算函数值,且具有p=1.839的收敛阶,因而是一个收敛速度快且不需要计算导数值的迭代方法.最后给出了数值试验,计算结果表明,该方法是非常有效的.     

极坐标系下黏性流动的拟谱方法

针对拟谱方法在极坐标下遇到的坐标奇异以及压力边界条件难处理等问题,提出了一种新的基于极坐标系下的拟谱方法.该方法在一致网格上直接求解非定常原始变量形式的N-S方程,采用算子分裂法来解耦速度和压力,在径向采用Chebyshev-Radau配置点,在角方向采用标准的Fourier配置点.同时对压力的谱导数矩阵进行了变换,使边界上的压力点不出现在计算方程中.把该方法应用于圆截面的曲线管道的层流流动中,数值实验结果表明,该方法成功解决了极坐标系中的坐标奇异问题;对压力谱导数矩阵的变换,避免了对压力提非物理的边界条件,保证了解的精度,同时也消除了虚假压力模式