超声速湍流边界层中激光传输的积分法

采用Born近似的Maxwell方程组积分解形式较少应用于气动光学数值计算, 其困难在于对该方程组的离散化数值计算.而结合GCV-FFT(Generalized convolution by fast Fourier transform)方法, 在自由空间传播的Rayleigh-Sommerfeld衍射方程数值计算可以达到比较高的精度.通过对Green函数及采样系数的修正, 积分方法可以用于气动光学现象的数值模拟.通过在超声速湍流边界层中光束传输的数值计算, 可以看到一些气动光学效应, 如光束偏移破碎等, 可以用修正GCV-FFT+数值积分的方法得到良好的模拟.现有的方法可以给出更接近物理本质的定量结果.      

预处理方法在低速弹箭流场计算中的应用

基于Weiss-Smith预处理矩阵和全局截断预处理参数,采用有限体积方法对雷诺平均Navier-Stokes方程进行离散。对流项离散采用二阶线性重构和AUSM ＋-up格式,时间推进方法采用多重网格下的LU-SGS方法。结合M PI消息传递方法,建立了一套计算低速流动的并行数值方法。计算了低速椭球体的流场和气动力,压力系数和切应力系数计算结果与文献实验结果对比吻合度较好。生成了末敏弹的流场计算网格,对绕末敏弹流场进行了数值模拟。对多重网格下多进程的加速比和并行效率进行了测试,显示了程序良好的并行效率。计算的气动力结果与实验结果吻合。综合结果表明：本文的数值方法能够用于低速弹箭流场和气动力计算,为新型弹箭的设计和定型提供保证。     

基于GCV-FFT方法的超声速压缩拐角流场气动光学效应计算

研究超声速压缩拐角流动，基于Rytov近似，采用广义卷积-快速Fourier变换（GCV-FFT），直接求解非均匀介质中的Helmholtz方程，获得激光光束的散射场和衍射场的复振幅分布.给出包括光强、光程差、斯特列尔比、相对光强、光束质心位置和有效光束宽度等气动光学参量.可以看出，激光光束在湍流场区域内传输，光强度分布逐渐出现起伏和偏离.穿过流场区域后，由于衍射作用，光束产生较大幅度的扭曲、偏离和破碎.压缩拐角区的流场对光束质量的影响明显大于充分发展湍流区.从相对光强的分布形态来看，光束的破碎似乎与流场的小尺度相干结构相关.采用传统的OPD均方差或加权均方差值估算获得的斯特列尔比的误差较大，更为准确的方法应该通过计算PSF来进行评估.     

旋转固体火箭上面级章动不稳定动力学机理分析

针对上面级旋转固体火箭发动机出现的章动不稳定现象,即锥形运动发散,通过对变质量陀螺运动方程干扰力矩项的研究,得出了发动机内部流动质量产生的附加侧向扰动力矩是诱发上面级固体火箭锥形运动发散的动力学根源,并得到了其章动不稳定的发生判据。基于此判据,给出了通过提高火箭自旋转速和横向转动惯量来解决上面级旋转固体火箭发动机章动不稳定现象的方法;并得出较高的气动静稳定设计和低密度的高空环境,是尾翼稳定旋转火箭弹发生“掉弹”现象的根源。     

高速动能弹温度场数值模拟

随着兵器发射技术和空气动力学技术的发展,动能弹的发射初速和飞行状态正从超声速向高超声速发展,由此产生了气动热问题.准确预测动能弹温度场是其气动力和热防护设计的关键技术.采用CFD预测温度场的方法,包括平衡流流动控制方程及差分格式,构造平衡流通量Jacob矩阵,在差分格式矢通量分裂过程中嵌入平衡流真实气体模型模拟温度场,获得平衡流气体状态方程.对典型高速动能弹热环境进行验证,考察方法的合理性.对设计的一种新型高超声速动能弹温度场进行数值模拟,为其气动设计及热防护提供了较可靠的数据.     

无伞末敏弹气动特性风洞实验研究

为实现末敏弹的无伞稳态扫描运动,设计了一种短圆柱轴向非对称尾翼子弹气动外形。设计了模型和实验装置,进行了大迎角低速风洞实验。获得了模型在有/无减旋翼、固定和自由旋转条件下的气动力数据,测量了模型在气动力作用下的转速。实验结果表明:设计的尾翼能够为模型提供较大的阻力,旋转时模型的阻力系数有所减小;在有减旋翼的情况下,模型能够保持较低的稳定转速;模型的静稳定性较差;模型旋转时稳定性有较大的改善。需要进一步改进尾翼,提高静稳定性,为扫描角的稳定提供保证。实验结果可为无伞末敏弹的设计和改进提供参考。     

湍流流场中激光传输的积分法研究

采用Born近似的Maxwell(麦克斯韦)方程组的积分解形式较少用于气动光学数值计算,其困难在于对该方程组的离散化数值计算.结合广义卷积-快速Fourier变换(GCV-FFT)方法,对在自由空间传播的Rayleigh-Sommerfeld衍射方程进行数值计算,可以达到比较高的精度.通过对Green函数及采样系数的修正,可以得到对气动光学现象进行数值仿真的积分解算方法;而用修正GCV-FFT结合数值积分的方法,对超声速湍流边界层中传输的激光光束进行数值计算,可以很好地对一些气动光学现象,如光束偏移、破碎等,进行数值模拟.由于这种积分方法不依赖傍轴近似条件,故给出的计算结果能够更接近问题的物理本质.