基于NEON的VSIPL加速技术研究

针对航空及通信领域嵌入式信息处理软件的可移植性和实时性需求,提出了ARM平台下基于NEON的矢量信号图像处理函数库(VSIPL)中间件算法加速优化的方法。VSIPL中间件能够解决信号处理软件在不同平台的复用性问题,通过对VSIPL的数据特性进行分析,然后将NEON技术应用于VSIPL加速设计中,实现数据的并行处理以提高运算速率。最后,对VSIPL中的典型向量算法优化前后进行性能对比测试,并分析了不同因素对加速效果的影响,测试结果验证了加速方法的可行性。提出的基于NEON的VSIPL加速设计方法能有效提高信号处理软件的性能,具有一定的指导意义和工程应用价值。

基于最小二乘的阵风响应非线性降阶模型研究

阵风是大气中一种强度较大的风扰动。降阶模型是解决阵风响应CFD数值模拟计算成本高和周期长的有效手段。针对阵风响应的高效高精度计算分析需求,基于非定常CFD数值模拟和本征正交分解并行方法,研究发展了基于物理的非线性最小二乘法阵风响应非线性预测降阶模型,采用亚声速和跨声速算例进行了验证。阵风响应非线性降阶模型预测结果与CFD非定常计算结果的对比分析表明:该模型具有可靠的计算精度和较高的效率,适合用于飞机设计所需的阵风精确高效快速分析。

基于POD和ARMA的阵风响应预测降阶模型研究

针对阵风响应流场高效精确分析需求,基于非定常CFD数值模拟发展了一种快速流场预测的降阶模型。采用本征正交分解(POD)方法对高斯阵风激励的CFD非定常流场快照进行特征分析、并基于能量占比准则截取主要基模态来降维,采用自回归滑动平均(ARMA)方法建立各主要基模态系数的线性预测模型。采用NACA0012和DLR-F12的分析算例进行了验证,与CFD非定常计算结果对比分析表明,模型具有可靠的计算精度,适合于精确高效快速分析阵风响应,为阵风减缓设计提供技术支撑。

多保真度的混合低声爆优化设计方法研究

超声速民用客机低声爆的设计需求不断牵引着低声爆优化设计方法的发展。目前基于伴随理论发展的设计方法由于具备高效高精度的特点已被广泛应用于常规飞行器的精细化设计中,但该方法推广应用到声爆反设计中时遇到近场目标过压信号难以设定的难题。为了有效克服该缺点,通过引入基于Seebass-George-Darden(SGD)理论的设计方法,进而发展了一种高低搭配的多保真度低声爆混合优化设计方法。结果表明:在保证容积约束条件下,地面声压级降低3.31PLdB,优化效果明显,多保真度混合低声爆优化设计方法具有良好的应有前景。

兼顾气动和近场声爆特性的伴随优化

发展气动/声爆伴随优化设计方法对于研制新一代超声速客机具有重大意义。典型的气动/声爆伴随优化设计方法分为两种:近场信号的伴随优化和远场声爆预测耦合伴随设计优化。将最新发展的基于离散伴随理论的近场声爆信号反设计与气动特性优化结合,提出兼顾气动和近场声爆特性的伴随优化策略。首先,概述了伴随方程梯度求解和提出的基于信号射线方法的近场过压提取及目标过压装配过程,并验证了优化流程中近场信号及地面波形预测的准确性。其次,针对超声速民机标模,开展了低阻优化、近场低声爆反设计、兼顾气动和近场声爆特性的伴随优化三种策略的对比研究,结果表明兼顾气动和近场声爆特性优化策略的伴随优化在综合提升气动和低声爆特性上表现更优。最后与文献中相同算例的优化结果进行对比分析,进一步证明了该优化策略在超声速民机设计中的应用潜力。

考虑滑流效应的静气动弹性分析研究

随着电推技术的快速发展,分布式螺旋桨推进技术在中小型飞行器中的应用研究更加深入。针对大展弦比机翼柔性较大、变形大问题,开展螺旋桨滑流效应与机翼弹性变形的复杂气动结构耦合研究。基于自研CFD软件,采用激励盘代替螺旋桨计算定常气动力,通过RBF方法进行气动力和位移的双向插值,结构计算基于开源程序TACS,完成分布式多旋翼-机翼静气弹分析方法及程序的建立。重点研究螺旋桨旋转方向和转速对机翼气动特性的影响,结果表明,螺旋桨顺时针旋转时阻力更大,旋转方向对机翼升力和变形量影响较小;螺旋桨转速越高,翼尖位置处的静气弹变形越明显,导致机翼表面的气动力重新分布。

多块结构化网格CFD并行计算和负载平衡研究

基于连续拼接多块结构化网格,通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程研究并行计算中的负载平衡问题。利用组合优化中的排序理论设计负载平衡算法,实现了网格数据的自动划分和各处理机上计算任务的自动分配。在工作站集群MPI并行环境下,通过实例考察了负载平衡算法和并行计算的性能,16个处理机上的负载均方差和负载相对均方差分别为0.0084和0.1347%,并行计算结果和实验数据吻合良好,并行效率高。本文算法具有良好的可扩展性,适用于MIMD结构计算机上基于多块结构化网格并行计算中的负载平衡问题。

基于LU-SGS迭代的DGM隐式方法研究

考虑到LU-SGS迭代法已经在基于非结构网格的有限体积法中得到了成功应用,文章借鉴其思想,将其推广到高精度间断Galerkin有限元隐式格式求解中来,并对其性能进行了研究。为了避免隐式算法中对大型稀疏矩阵求逆,采用LU-SGS迭代法,只需要在每步时间推进中沿网格号从前到后和从后到前2次扫描计算即可,并且还能有效降低内存需求。通过对NACA0012翼型和ONERA M6机翼跨声速无粘流动进行数值模拟,计算结果表明:与TVD-RKDG显式时间格式相比,隐式格式所需的迭代步数和CPU时间均得到了很大程度上的减少,并且精度保持不变。

螺旋桨飞机滑流非定常数值模拟研究

采用非定常数值模拟方法,基于滑移网格技术,分析研究螺旋桨滑流对全机气动特性的干扰影响。用多块结构网格数值模拟软件,从搭接边界建立、搭接网格生成、流场插值传递3个方面对螺旋桨滑移搭接网格的数值模拟方法进行全面详细的介绍,并且阐述基于该技术的非定常数值模拟方法。在此基础上,开展螺旋桨飞机模型验证计算,分析研究螺旋桨滑流对全机流场和气动性能的影响,通过与风洞实验数据的对比分析,验证滑移搭接网格技术的可行性与准确性。研究结果表明,基于滑移搭接网格技术的螺旋桨滑流数值模拟,可以真实反映螺旋桨滑流流场特性,为螺旋桨类飞机的设计评估提供一种有效的数值模拟手段,在工程方面具有重要的实用价值。

基于伴随方程方法的非结构网格自适应技术及应用

对基于伴随方程的网格自适应技术的基本原理进行了研究,构造并实现了基于流场伴随方程的非结构网格自适应探测器,利用局部加密网格的办法,建立了基于Euler方程的无粘伴随自适应能力。对于粘性流动问题,提出首先应用无粘计算和伴随自适应技术从基准网格自动生成具有较好网格分辨率的非结构自适应网格,然后采用层推进法自动生成粘性计算网格的求解策略。采用RAE2822二维翼型和ONERA-M6三维机翼对所建立的无粘伴随自适应方法进行了验证,并应用所提出的方法和策略,对第二届国际涡流试验项目(VFE-2)中的65°尖前缘三角翼大攻角涡流场进行了数值模拟。对比计算结果表明,所建立的非结构网格伴随自适应方法是可行的和有效的。

DLR-F4翼身组合体流场数值模拟

为了研究阻力计算精度并考察网格和湍流模型对翼身组合体构型气动特性的影响,通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程耦合Spalart-Allmaras和Baldwin-Lomax湍流模型,数值模拟DLR-F4翼身组合体流场.使用"超立方体"概念构建绕DLR-F4翼身组合体的高质量多块结构拼接网格,通过网格细分来研究网格密度对计算结果的影响.结果表明:湍流模型和网格密度对升力影响较小,对阻力影响较大,网格密度对压力系数分布影响甚微;适当地缩小第一层网格到物面的距离,增加物面法向网格点数能改善阻力计算精度.

CFD数据交换标准及其软件实现

论述推行统一的CFD数据交换标准的必要性 ;报告在研制通用航空气动力数值模拟系统ANSS2 0 0 0过程中 ,建立内部数据接口文件规范的尝试 ;推荐国际上主流的空气动力学和CFD数据库标准———CGNS ;讨论CGNS在ANSS2 0 0 0中的实现 ;大力呼吁同步使用与国际接轨的CFD数据交换标准。

高升力标模确认计算研究

针对高升力标模NASA Trapwing全展襟翼构型展开确认计算研究。采用N-S方法,预测高升力模型的流动状态,分析高升力的流动现象及机理,评估自主研发的WiseManPlus软件及WoF90软件预测高升力流动的能力。通过对网格生成、计算策略及数据分析等各个环节进行分析,制定出一套适用于高升力模型工程应用的CFD计算方法,得到与实验值吻合较好的计算结果。结果表明,目前所采用的结构网格求解器WiseManPlus软件及混合网格求解器WoF90软件计算精度相当,适用于模拟高升力流动。

全隐式E-CUSP迎风格式大攻角分离流数值模拟

采用全隐式、低耗散E-CUSP格式,通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程耦合Spalart-Allmaras(SA)湍流模型,模拟了细长旋成体在超声速、大攻角下的流场,分析了背风面涡的发展过程.结果表明:E-CUSP格式耦合SA湍流模型能够准确地模拟背风面的流动分离和精细的二次涡,对横向分离具有较高的模拟精度;预测的物面压力系数分布和激波位置与实验数据吻合良好,力和力矩的相对误差在1.98%之内;E-CUSP格式可用于模拟复杂的分离流动,具有高的计算精度和效率.

嵌套网格计算的一种实用初始洞面构造方法及应用

针对结构嵌套网格计算,提出一种实用的初始洞面构造方法,成功应用于自动化嵌套网格生成过程。首先采用封闭物面作为嵌套网格"挖洞"的初始洞边界,然后通过分别给定期望的壁面距离及初始洞间距比例因子的方法进行优化,得到真正的挖洞曲面。通过对NACA4412单段翼型、30P30N三段高升力翼型等算例计算,结果表明:本文提出的方法能有效解决嵌套网格计算中初始洞边界自动构造问题,并能有效避免在近壁面区域进行流场传值,在不需要额外采用洞面优化技术的情况下解决壁面狭缝网格重叠问题,获得更优的嵌套网格流场计算结果。结合本文方法对传统嵌套网格方法进行改进,可为自动化嵌套网格生成提供有效的途径。

耦合六自由度运动弹性飞机阵风响应数值模拟

耦合飞机刚体六自由度运动,考虑飞机结构气动弹性变形,基于全湍流Navier-Stokes方程流场数值模拟方法,建立了离散阵风作用下弹性飞行器气动载荷与飞行姿态响应的数值模拟技术。其中模态空间中结构动力学方程以及六自由度运动方程分别采用四阶R-K进行时间推进求解,采用Radial Basic Function(RBF)技术进行气动/结构数据耦合,对应飞机姿态以及弹性变形采用RBF与TFI组合模式的动网格方法进行网格更新;以飞翼布局弹性飞机为数值研究对象,研究了离散阵风作用下飞行器的气动载荷响应以及飞行姿态的变化,对比分析了刚性飞行器与弹性飞行器对离散阵风响应的区别,为进一步系统地分析真实飞机飞行品质提供数值平台。

涡扇发动机带动力数值模拟

基于等熵流动原理,通过在排气口处设定总温比/总压比,进气口处设定质量流量,提出了一种新型的发动机进排气边界条件。通过与N-S方程耦合求解,数值模拟了轴对称超高涵道比涡扇模拟器CURF和单独涡轮动力模拟器进排气流场,数值结果表明:计算结果和实验值吻合较好,验证了提出的发动机进排气边界条件的正确性,同时也验证了涡扇发动机带动力流场计算方法的可靠性。

NLR-7301高升力翼型绕流评估计算

探讨了在二维高升力多段翼型绕流计算中附面层网格采用各向异性三角形网格的技术。通过对经典的NLR-7301两段翼型绕流的计算,从数值计算角度评估了自研混合网格雷诺平均N-S方程求解软件对该类型附面层网格的解算能力。通过与确认试验数据对比,在附面层采用各向异性三角形网格进行二维高升力多段翼型绕流计算,其结果具有较高的可信度。在此基础上,采用同样策略,评估了多段翼型绕流计算中翼型后缘的几何处理、湍流模型选取等关键CFD要素对计算结果的影响。

NASA共同研究模型翼身组合体数值模拟研究

采用结构网格求解器Wise Man Plus软件,对DPW5提供的NASA共同研究模型CRM翼身组合体构型进行数值模拟研究。采用雷诺平均N-S方程,选择SA一方程湍流模型和SST两方程湍流模型,开展了网格收敛性分析及抖振分析计算研究,评估了该软件对此类民机构型的阻力预测能力。按照DPW5的要求,采用会议统一提供的基准结构网格进行计算分析,研究结果表明,计算的巡航设计点的阻力及大攻角下的气动力系数与试验值吻合较好,达到会议统计分析平均水平。计算结果表明,所采用的结构网格求解器Wise Man Plus软件计算精度较高,适用于大型民机高速巡航及抖振现象的数值模拟研究。

欧拉方程数值求解的高精度通量分裂方法

针对欧拉方程,提出一种将总能对流迎风和分压(E-CUSP)格式与加权本质无振荡(WENO)格式相耦合的新格式。在空间方向上,通过对低耗散E-CUSP格式的通量,采用高精度WENO格式进行重构;在时间方向上,使用4阶总变差递减(TVD)的Runge-Kutta方法进行推进,由此得到求解欧拉方程的高精度通量分裂方法。考虑E-CUSP格式与WENO重构进行耦合得到新格式,使其空间精度进一步提高。通过对激波管问题进行数值模拟发现,新的格式相对于E-CUSP格式对激波和接触间断捕捉的效果更加精准。数值结果表明:耦合得到的新格式具有更高的准确性和稳健性。