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2020年  第5卷  第4期

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气体物理 第5卷 第4期 封面+目录
2020, 5(4): .
17 2
摘要:
人工智能
基于Gappy POD的流场数据填补方法
李静, 张伟伟
2020, 5(4): 1-10. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0791
70 5
摘要:
本征正交分解方法（proper orthogonal decomposition，POD）是一种数据驱动的流场特征信息提取技术，可以按能量大小给出流场的结构模态，并且可以通过较少阶模态叠加获得高阶数据的近似描述.将该方法结合一组线性方程，即构成Gappy POD方法，可实现对缺失流场的重构.论文从样本数据已知和样本数据不完全已知两种情况展开，对Gappy POD方法在缺失流场数据填补方面的应用进行了研究.首先，对于样本数据已知的情况，研究了样本参数范围内任意参数值下的重构能力；其次，对于样本数据不完全已知的情况，研究了模态阶数、缺失率以及样本数对缺失流场重构精度的影响规律.结果表明，Gappy POD方法可以高效再现参数范围内的任意完整流场数据.但是，对于缺失率较高的样本集，需要适当增加样本数以提高重构精度.
飞行器大攻角非定常气动特性神经网络建模
王超, 王方剑, 王贵东, 陈兰, 丁志超
2020, 5(4): 11-20. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0792
223 37
摘要:
大攻角气动特性预测与气动建模是新型飞行器提升飞行性能的重要内容.以轴对称导弹简化模型为研究对象，首先采用计算流体力学方法，对70°大攻角状态的非定常气动特性进行数值模拟，计算方法基于RANS的N-S方程，湍流模型采用SA模型，对流场采用有限体积法离散，无黏项采用Roe通量差分分裂格式，黏性项采用中心差分，时间推进采用LU-SGS格式的双时间步法.飞行器运动模式采用强迫振荡的方式，对5种不同振荡频率进行了非定常数值计算，并记录每一内迭代周期最终的气动力和力矩数值.其次，以CFD预测结果作为气动建模的样本，采用动导数模型、多项式模型等传统方法，进行气动建模，并分析其有效性和精度.最后采用神经网络方法对大攻角非定常气动力进行建模，并和动导数模型、多项式模型进行精度对比.结果表明，基于神经网络的人工智能气动建模方法具有较高的精度和适应性.该方法为飞行器大攻角非定常非线性气动建模，大攻角飞行稳定性分析与控制提供理论参考.
研究论文
弹性拍翼悬停时的流固耦合效应
王力, 田方宝
2020, 5(4): 21-30. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0812
108 8
摘要:
自然界中的昆虫和鸟类大都采用拍翼飞行的策略，其优越的气动表现使拍动飞行方式备受关注.值得注意的是，拍动飞行昆虫和鸟类在实现高机动性的同时，产生的噪音并不十分显著.因此，对拍翼飞行的流固声耦合问题进行研究，揭示其飞行动力学和声学特性，对于应用这类飞行技术具有重要的指导意义.文章采用一种浸入边界法对拍翼悬停时的流固声耦合问题进行数值模拟研究.具体针对刚性拍翼和不同刚度、质量比的柔性拍翼进行了数值模拟，分析了拍翼刚度和质量比对拍翼悬停时的升力和声学特性的影响.结果表明拍翼的转动能有效增加升力，提高效率并降低拍翼运动产生的声音；同时悬停拍翼的近场声受涡的影响明显，尤其是在较大的转动角度时；引入适当的弹性可有效提高拍翼在悬停时的气动表现，包括提高升力系数和效率；综合考虑气动和声学表现，可以看出当无量纲拍动频率在0.3~0.4时，低质量的拍翼（拍翼-流体质量比为1.0）产生的声音较小，同时又具备较高的效率.
基于遗传算法的升力体外形优化设计
解静, 白鹏, 李永远
2020, 5(4): 31-36. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0814
49 7
摘要:
升力体由于低热流率再入物理特性和高效的内部容积利用率，是高超声速飞行器气动外形的一种典型布局.文章对升力体飞行器进行参数化数值建模，并提取其表征外形的参数作为设计变量，综合考虑飞行器再入过程中的气动力、气动热、容积利用率及稳定性等性能指标.运用多目标混合遗传算法对升力体进行了多变量、多约束下的气动外形优化设计，获得了再入飞行器外形的最优Pareto解.数值模拟结果表明，典型状态下最优Pareto解与CFD结果相差12%，验证了优化结果的准确性.
自相似Euler方程的数值方法
刘福军, 董海涛
2020, 5(4): 37-55. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0770
41 3
摘要:
Euler方程某些问题的解具有自相似特点，可以使用更准确的方法求解.提出了两种数值方法，分别称为自相似和准自相似方法，新方法可以使用现有守恒律方程的数值格式，无须设计特殊方法.对一维激波管问题、二维Riemann问题、激波反射以及激波折射问题进行了数值计算.对自相似Euler方程，一维计算结果显示数值解基本等同于精确解，二维结果也比现有文献计算的结果有更高的分辨率.对准自相似Euler方程，新方法可以求解不具有自相似性但接近自相似的问题，并在计算时间足够长时可以取得自相似Euler方程的效果.数值求解自相似Euler方程对自相似问题的研究，高分辨率、高精度格式的设计乃至Euler方程的精确解都有重要启示.
喷雾冷却过程的数值模拟方法探索
宋立业, 罗晓光, 马汉东, 陈思员, 俞继军
2020, 5(4): 56-63. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0839
50 2
摘要:
喷雾冷却是一种高效的热控技术，为了探索形成喷雾冷却技术设计流程，文章研究了喷雾冷却过程的数值模拟方法.针对单相模式和相变模式的喷雾冷却数值模拟，利用发展成熟的内燃机燃油喷雾油膜模拟方法来模化喷雾冷却液膜的相变与传热，开展了基于计算流体动力学的模拟计算.同时建立了喷雾冷却实验台，开展了稳态喷雾冷却实验.计算结果与实验对比表明，基于内燃机燃油喷雾的油膜模拟方法能够较准确地计算单相传热模式下的喷雾冷却性能，而会显著低估相变传热模式下的喷雾冷却性能.

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