基于非结构网格离散型伴随方法的翼型优化

发展实现了基于非结构网格离散型伴随方法的气动力优化技术并将其应用于翼型优化。针对以往伴随模型只考虑流场伴随方程而使梯度计算量仍与设计变量数目相关的问题,研究了基于目标函数计算全过程的伴随模型,通过对优化问题整体进行线化、转置运算从而得到完整的伴随模型,实现了梯度计算的计算量与设计变量数目无关的效果。同时针对离散型伴随方法具体推导过程冗长易错的问题,选择性地利用自动微分技术对空间离散过程的各部分进行处理,既避免了盲目使用自动微分导致计算效率低下的问题,又大幅减小了离散型伴随方法具体形式的推导实现难度。翼型反设计问题和约束优化问题计算结果展示了本文方法的有效性。

基于物面弱边界条件的并行全隐式流场求解方法

提出了一种基于物面弱边界条件的Navier-Stokes方程并行全隐式求解方法。首先,实现了非结构网格格点格式有限体积法的粘性物面弱边界条件。以此为基础,推导了相应的粘性Jacobian矩阵。相比传统的物面强边界条件,弱边界条件的应用简化了该推导过程。接着,为了解决Spalart-Allmaras(S-A)模型的收敛和保正性问题,提出了基于物面弱边界条件的S-A模型无条件保正性收敛方法,通过构造特别的隐式矩阵同时保证S-A模型的收敛和湍流工作变量的正值。流场方程全隐式时间推进和无条件保正性收敛方法所得到的线性方程组采用多色高斯-塞德尔迭代法进行求解,并由MPI实现并行化。通过若干二维和三维算例对本文所提出的方法进行了测试,其结果表明:1)随着罚系数的增大,基于弱边界条件的结果趋向于基于强边界条件的结果;2)对于力的计算,弱边界条件自动满足通量一致关系而无需特别处理。

基于三维非结构网格的连续伴随优化方法

基于非结构网格,采用Euler方程、连续伴随方法以及自由形面变形技术(Free-form deformation,FFD)结合序列二次规划(Sequential quadratic programming,SQP)优化算法,开发出了三维飞行器的气动外形优化代码。应用Fortran 90语言,动态存储数组和指针,节省了内存。采用Roe形式的二阶迎风格式和LU-SGS隐式时间离散格式求解连续伴随方程,同时采用一种新的参数化坐标求解方法,使得FFD技术更加鲁棒。和有限差分方法求得的梯度进行比较,验证了连续伴随方法所求梯度的正确性,实现了ONERA M6机翼的减阻优化,证明本文开发的优化代码能够实现三维气动外形的减阻优化。

基于切割单元直角坐标网格的DSMC方法及优化技术

对传统直角坐标网格进行改进,根据计算机图形学对与物面相交的正方形网格进行切割,使单元与物面贴体,并能根据流场的变化对网格区域进行局部加密。结合直角坐标网格与非结构网格的特点,编写了自适应直角坐标网格的生成程序,并发展了基于切割单元直角坐标网格的直接模拟蒙特卡洛(Direct simulation Monte Carlo,DSMC)方法。同时通过当地模拟分子数、动态时间步长技术优化DSMC方法,提升计算效率。数值结果表明,本方法在计算过程中使搜索效率得到大大提升,同时也保证了物面网格单元的贴体性,提高了物面附近流场的计算精度,还易于实现网格自适应。

杂交中稻旱育稀植高产栽培技术

旱秧移栽后3天就开始分蘖,水秧一周后才分蘖,相差一个叶龄,且旱秧在本田不论一次分蘖还是二次分蘖都较水秧低一个节位,低位蘖多,一次分蘖平均较水秧多0.5～1个,够苗期和高峰苗期都比水秧提前5天左右,且高峰苗数也显著高于水秧。

先进飞行器气动隐身一体化设计方法研究现状与趋势

介绍了先进飞行器气动隐身一体化设计的研究现状与发展趋势。首先介绍了设计中的常用的数值模拟技术,针对气动力计算,重点分析对比了位势方程、Euler方程和NS方程等气动力计算方法;针对隐身性能计算,重点分析对比了高频近似方法、时域法、频域法等雷达散射截面计算方法。在此基础上,讨论了先进飞行器气动隐身一体化设计的策略和步骤,最后对该设计方法的发展趋势进行了分析。

三维机翼气动结构多学科优化方法

采用Euler方程、连续伴随优化方法、自由形面变形技术(free-form deformation,FFD)以及一种四边形线性壳单元模型对三维机翼气动结构多学科优化方法开展了研究。目标函数为阻力系数和机翼翼盒结构质量的加权和,设计变量为FFD控制点以及10段蒙皮的厚度。气动方面升阻力系数对设计变量的梯度由伴随方法求得,结构方面翼盒质量对于蒙皮厚度的梯度可直接计算,应力的梯度采用有限差分方法获得。对跨声速大展弦比机翼进行气动结构多学科优化,并将该计算结果与机翼气动单学科优化设计后的静气弹计算结果进行对比,结果表明:该气动结构多学科优化方法能够在满足约束条件下,实现阻力系数和翼盒质量同时降低,保证优化结果的合理性。