面元法

摘要： [目的]为探索高效的螺旋桨优化设计方法,基于面元法开展伴随优化方法的研究。[方法]通过桨叶表面法向速度为零条件和等压库塔条件建立伴随方程,得到敏感导数求解式。以DTMB 4381螺旋桨为对象,分别运用伴随方法和传统的求解控制方程方法计算螺旋桨性能与参数之间的敏感导数;基于伴随方法对某螺旋桨进行敏感导数分析,再根据敏感导数分析结果进行几何参数优化,并将结果与ISIGHT优化平台中的粒子群算法(PSO)得到的结果进行对比。[结果]结果表明,采用伴随方法与传统的求解控制方程方法计算得到的结果具有较好的一致性,但伴随方法的计算效率更高,优化结果也优于PSO算法,且优化所用时间也少。[结论]研究表明,伴随方法在多参数螺旋桨优化设计中的计算效率优于智能算法。

摘要： 针对典型工作模式下舰船目标SAR(synthetica perture radar)成像仿真应用,建立了条带模式、聚束模式、扫描模式下电磁信号发射与回波传输模型。基于面元法将舰船目标三维模型划分为多个三角形面元,利用弹跳射线法计算舰船目标各面元的一次散射和多次散射,仿真SAR回波信号。采用距离多普勒成像算法消除回波混叠,得到SAR仿真图像。最后,对舰船目标进行多成像模式、多成像角度的仿真实验,并将仿真图像和哨兵一号A星的实测图像进行对比。仿真结果表明,提出的方法能仿真较为真实的舰船目标SAR图像。

摘要： 船舶螺旋桨工作时,除了不均匀流场会产生轴承力外,推进轴系振动同样会使螺旋桨产生轴承力。目前针对这类轴承力的研究非常少,因此本文利用面元法结合转子动力学理论构建了考虑不均匀流场与轴系振动同时作用下的螺旋桨轴承力预报模型,基于该模型探讨了轴系纵向振动与其诱发的螺旋桨纵向轴承力间的相互关系。通过对一系列半径、叶数、螺距比和盘面比不同的螺旋桨进行计算,拟合得到了螺旋桨纵向轴承力的估算公式,最后进行了实验验证。研究表明:轴系纵向振动诱发的螺旋桨纵向轴承力与轴系纵振幅值成正比关系,与纵振频率成平方关系。本文的研究有助于人们进一步加深对螺旋桨轴承力特性的认识。

摘要： 针对海陆交界处由于电磁特性复杂难以建立电磁散射模型的问题,提出了一种基于面元法的电磁散射计算方法。该方法首先对陆地区域采用指数谱建模,对海面区域采用文氏谱建模,并采用加权反正切方法建立陆海交界处的三维几何模型;其次对陆地和海面区域分别根据粗糙度的不同进行三角剖分,对每个三角面元设置不同的电参数,并采用积分方程模型(IEM)算法计算其电磁散射回波;最后将整体的电磁散射回波进行相干叠加得到海陆交界区域的雷达散射系数,进一步分析表明相较于深海面而言其电磁散射系数具有较高的回波截面积。

摘要： 为了满足叶轮机械的高效非定常气动仿真需求,发展了耦合面元-涡粒子法和Lowson自由远场声学模型的气动声学快速方法,并应用于某型螺旋桨气动特性和噪声特性的预测研究。气动计算结果表明:与有限体积法(finite volume method,FVM)相比,使用面元-涡粒子法(panel⁃vortex particle method,PVM)可以获得一致的叶表压力分布、下游尾迹速度分布和推力;相比于二阶的有限体积法,面元-涡粒子法的尾迹涡量数值耗散更低,尾涡附近速度梯度变化更明显。声学计算结果表明:与有限体积法结合Lowson模型的声学结果相比,使用面元-涡粒子法与Lowson模型结合可以解出相近的声压级指向性结果,在声场特征指向位置处(桨盘前轴向夹角60°位置)1BPF(blade passing frequency)下声压级幅值相对误差仅为5%,能满足声学分析需求。在计算耗时方面,面元-涡粒子法求解速度比有限体积法高出一个量级,证实发展的方法能满足分布式电推进系统动力叶轮机械的非定常气动特性和噪声性能的高效预测评估。

摘要： 超低轨飞行器常工作在过渡流区中,过渡流区中气动特性多变,建模困难,目前缺少较好的快速气动力计算方法。在面元法的基础上,提出了设计迎风单元筛选算法与logistics-log桥函数,对连续流区与自由流区结果进行加权,实现超低轨卫星的气动力估算。在方法验证中,对圆柱与钝头双楔体在宽努森数(Kn)范围下的气动力进行测算,发现结果与直接模拟蒙特卡洛法(DSMC)数据一致。对典型超低轨飞行器地球重力场和海洋环流探测卫星(GOCE)的气动力进行分析,发现GOCE随着姿态变化阻力变化明显,需要舵面或陀螺仪进行姿态控制;在不同高度下的阻力量级变化大,在超低轨运行时需要动力系统维持高度。

摘要： 泵喷作为一种带定子的导管类组合推进器,其内部存在强烈的间隙流动,为了更加准确地预报泵喷推进器水动力性能,本文根据已有的梢部泄露涡模型,考虑泵喷间隙处流动的真实流动情况,考虑间隙区域流体粘性的影响,构建了适用于泵喷的间隙流动模型.通过对比分析泵喷转子、定子以及导管的水动力性能以及压力、环量分布发现:当考虑间隙流动模型的影响时,转子叶片以及导管内壁面压力及环量分布与粘流的计算结果更加吻合.间隙模型的引入对泵喷导管的影响最大,使得导管的水动力性能以及压力分布与粘流计算结果趋势更加一致,但对泵喷推进器整体的水动力性能计算结果影响有限,仅仅使得其计算值略微提升.

摘要： 船舶数量与尺寸的不断增加导致其在限制水域船舶水动力干扰现象突出,限制水域内的船舶水动力干扰的快速准确预报,有助于船舶智能航行安全的发展.针对此问题,本文提出了一种基于Hess&Smith面元法的数值方法,实时计算浅水中两船平行干扰与会遇过程中的船-船水动力干扰问题.基于低弗劳德数假设,使用合模方法处理自由液面处的边界条件,并使用镜像法处理水平水底处的边界条件.本文通过将数值结果与有限的试验结果对比,验证了该实时计算方法的可行性,确定了该方法的适用范围.

摘要： 为了研究运转工况和几何参数对叶轮水动力性能的影响,本文建立了有限流域内叶轮水动力性能的计算方法,开展了大型循环水槽驱动叶轮的水动力分析.基于面元法建立数值计算方法,在循环水槽壁面上以反余弦方式布置轴向面元,并均匀布置周向面元;在叶轮叶片上径向和弦向均采用余弦方式布置面元,计算过程中用压力库塔条件进行迭代至收敛.结果表明:叶轮在适当低的转速时效率较高,而叶轮的叶数只在螺距比较小时对水动力性能有较大影响.本文方法能够很好地预报推进叶轮的水动力性能,并且能够对叶轮设计提供指导意见.

摘要： 运用已有面元法对Kappel桨进行敞水性能分析,但得到的计算结果与试验值相差较大.分析后发现,基于势流理论的面元法在分析螺旋桨水动力性能时,对尾流的处理多采用经验尾涡模型,它能够很好地解决多数螺旋桨的水动力问题,但这样的处理不能准确反应真实的尾流场.因此,在螺旋桨的几何外形变化较大,尾流场随之也变化较大的情况下,已有的尾涡模型可能达不到较好的计算精度.对于Kappel这类桨,梢部的剧烈弯曲,能够起到叶梢加载,抑制梢涡的出现,导致其尾涡与现有的尾涡模型有所区别.在此基础上,对尾涡模型进行修正,在数值计算过程中进行了相关处理,得到了与试验值符合较好的结果.

摘要： 在势流理论的基础上,利用以速度势为基础的,采用源汇和偶极混合分布的低阶面元法,建立求解舵附推力鳍尾流场的积分方程.通过研究其尾流场诱导速度的特点,来分析舵附推力鳍的节能机理.分别将敞水桨和带舵附推力鳍的桨后尾流场计算结果与实验数据进行对比,验证本研究方法的准确性.本研究计算了舵附推力鳍不同安装角及展弦比的尾流场,并分别对其尾流场周向速度沿径向分布进行比较.与此同时,还对敞水螺旋桨与舵附推力鳍尾流场的轴向和横向速度进行比较,更加直观的展示舵附推力鳍对尾流场的影响.为舵附推力鳍实验研究和优化设计提供了相应理论依据.

摘要： 应用线性船舶水动力学理论，将有限水深Kelvin移动兴波源格林函数分解成三部分：简单Rankine源集合、局部扰动项和波函数项。在亚临界和超临界航速时，采用不同的积分顺序来消除被积函数的奇异性。利用面元法在船体表面上分布Kelvin源，对有限水深船舶航行时的表面兴波及兴波阻力进行了计算，比较了有限与无限水深结果的区别和联系，为改善内河及近海的船舶适航性、提高航速和优化船型等提供理论计算基础。

摘要： 本文提出将NSGA-Ⅱ多目标优化算法应用于螺旋桨多目标优化设计,并通过面元法和有限元法实现螺旋桨流固弱耦合.通过计算安装在Seiun-Maru(一艘日本散货船)上的HPS大侧斜螺旋桨压力系数分布和压力脉动,考虑了流固耦合效应的计算精度要高于不考虑流固耦合效应,验证了考虑流固耦合的必要性.本文以螺旋桨效率、非定常力和重量作为目标函数,在满足水动力性能、结构响应和空泡性能等约束条件下,选取描述螺旋桨外形的6个参数作为设计变量,以此建立优化函数.在不同近似最优解和非设计点为初值的算例中,其结果均改善了所有目标函数,验证了本文方法的有效性、适用性和鲁棒性.本文提出的多目标优化方法将有助于提高设计效率,节省计算资源,可成为未来螺旋桨设计的有效工具.

摘要： 为探究螺旋桨各参数对螺旋桨性能影响关系,从面元法基本方程和面元法边界条件出发,建立螺旋桨参数影响分析的伴随方法.通过分析等压库塔条件,建立了伴随方程,基于伴随方程探究了螺旋桨性能与参数之间的敏感导数求解公式.选择DTMB4381桨作为研究对象,开展螺旋桨推力系数与螺距分布和拱弧分布之间的敏感导数求解,得到不同参数对螺旋桨性能的影响规律.数值结果表明,伴随方法计算得到的敏感导数与传统方法计算结果具有很好的一致性,但伴随方法的计算时间更短,且随着变量个数的增多,伴随方法计算效率的优势越大.

摘要： 目标的强散射部位分析以及雷达散射截面(RCS)计算是外形隐身技术研究的重要内容.目前外形隐身设计中,为了明确目标哪些部位会产生强散射效应,往往需要对目标多次的测试分析,这使设计工作多次重复、设计周期长.为此,论文针对隐身设计提出了目标强散射部位的提取方法,方法采用面元法计算目标各个方位的RCS,然后分析统计出各面元对总散射场贡献的大小,得到目标强散射部位的位置分布.算例表明,方法采用的电磁散射算法其计算结果与国外专业软件FEKO基本一致,计算速度比FEKO快,效率较高.方法实现了目标强散射部位的提取和显示,隐身设计者由此可判定哪些部位影响目标的隐身性能,为隐身设计提供思路和途径.

摘要： 本文研究了柔性梁剖面特性随面元位置、铺层角和铺设角的变化规律,并分析了这些参数对剖面设计的影响;其次,基于面元法建立了柔性梁扭转段刚度优化分析模型,实现了挥舞、摆振刚度要求下的扭转特性优化;最后,根据优化结果,提出了一种柔性梁扭转段剖面拓扑形状优化的设计方法.该方法推广至柔性梁其它功能段,可以用来指导整个柔性梁的设计.

摘要： 使用基于赫斯法的势流数值模拟方法,以NREL 联合实验转子为例进行了叶片气动载荷和叶片近场尾迹的数值模拟.将势流数值模拟、叶素动量理论和计算流体力学CFD 方法的计算结果与实验数据进行了对比分析.结果表明使用赫斯法计算风轮叶片具有较高的计算精度和求解效率.为大规模风力机群的尾迹干涉计算奠定了基础.

摘要： 用面元法研究大侧斜螺旋桨和普通螺旋桨敞水性能的区别。利用Newton-Raphson迭代过程满足桨叶随边非线性等压kutta条件，利用Morino计算影响函数的解析公式，采用Yanagizawa方法求得物体表面上的速度分布。首先对某型螺旋桨的水动力性能进行预报，并将计算结果和试验结果进行比较，校核计算程序的正确性，并用程序研究了大侧斜螺旋桨和普通螺旋桨的敞水性能的区别。

摘要： 风力机叶片与机舱的气动干扰是涉及到三维非定常流动的复杂气动问题。本文将叶片自由尾迹模型与机舱面元模型耦合,得到了一个较为完备的风力机叶片与机舱气动干扰的迭代计算方法。在该方法中,叶片自由尾迹模型使用的是以直线型涡元为基本涡元的一阶升力线模型,机舱绕流模拟采用了一阶面元方法。应用该分析方法,对风力机运行的多种工况进行了计算,最后对计算结果进行较详细的分析和讨论。结果表明,机舱对叶片本身产生的气动性能有一定影响,耦合模型能使风力机气动性能仿真更加准确。

摘要： 沿着目标法面的进展方向水平方向地设置外部基准80，借助于设定器7来设定从外部基准到目标法面上的基准点的垂直距离hry、水平距离hrx、目标法面的角度θr。如果使设在铲斗前端的前部基准70与外部基准相一致并按压外部基准设定开关71，则控制单元9运算从车体中心O到外部基准的垂直距离hfy、水平距离hfx，以这些作为修正值来运算目标法面的基准点相对于车体中心O的垂直距离hsy、水平距离hsx，根据此一值和在设定器中所输入的角度来设定以车体1B为基准的目标法面，据以进行区域限制挖掘控制。借此，即使车体与已经设立的斜面的位置关系由于车体的横向移动而发生变化，也能没有凸凹不平地挖掘形成法面。

摘要： 一种用户面资源管理方法、用户面网元及控制面网元，其中方法包括如下步骤：用户面网元接收控制面网元发送的数传通道建立请求消息，所述数传通道建立请求消息用于指示所述用户面网元建立数据传输通道；所述用户面网元根据当前的用户面资源状态信息，建立所述数据传输通道，并分配标记所述数据传输通道的通道标识；所述用户面网元向所述控制面网元发送所述通道标识。用户面网元和控制面网元分别能根据用户面资源状态信息分配标记数据传输通道的通道标识，并且用户面网元可根据用户面资源状态信息建立数据传输通道，进而实现对用户面资源的有效管理。

摘要： 沿着目标法面的进展方向水平方向地设置外部基准80,借助于操作器7来设定从外部基准到目标法面上的基准点的垂直距离hry、水平距离hrx、目标法面的角度θr。如果使设在铲斗前端的前部基准70与外部基准相一致并按压外部基准设定开关71,则控制单元9运算从车体中心O到外部基准的垂直距离hfy、水平距离hfx,以这些作为修正值来运算目标法面的基准点相对于车体中心O的垂直距离hsy、水平距离hsx,根据此一值和在设定器中所输入的角度来设定以车体1B为基准的目标法面,据以进行区域限制挖掘控制。借此,即使车体与已经设立的斜面的位置关系由于车体的横向移动而发生变化,也能没有凸凹不平地挖掘形成法面。

摘要： 一种用户面资源管理方法、用户面网元及控制面网元，其中方法包括如下步骤：用户面网元接收控制面网元发送的数传通道建立请求消息，所述数传通道建立请求消息用于指示所述用户面网元建立数据传输通道；所述用户面网元根据当前的用户面资源状态信息，建立所述数据传输通道，并分配标记所述数据传输通道的通道标识；所述用户面网元向所述控制面网元发送所述通道标识。用户面网元和控制面网元分别能根据用户面资源状态信息分配标记数据传输通道的通道标识，并且用户面网元可根据用户面资源状态信息建立数据传输通道，进而实现对用户面资源的有效管理。

摘要： 本发明提供一种基于工程面元法的弹性气动数据精确获取方法，方法包括：1、建立飞行器的风洞模型和真实模型；2、针对风洞模型和真实模型开展气动弹性性能评估，当判定基于风洞模型和真实模型的弹性气动数据均需要修正时，则进入步骤3；3、进行第一次弹性修正：利用风洞试验测量得到风洞模型的气动力系数；采用工程面元法计算风洞模型变形前后的气动力系数变化量；将风洞变形数据与气动力系数变化量相减，得到第一气动数据；4、进行第二次弹性修正：采用工程面元法计算真实模型变形前后的气动力系数变化量，并与第一气动数据叠加即得。本发明建立了两步走的弹性气动数据精确修正方法，得到的飞行弹性气动数据的精度得以大幅度提升。

摘要： 本发明涉及一种针对花岗岩地层划分对比的面元法，包括以下步骤：1)敏感地震属性选取；2)垂向等比例划分地震属性体；3)提取各小层敏感属性平面图；4)地层对比面元划分；5)以面元为范围，进行垂向地层格架划分；6)按顺序连接各井关键分隔点，完成地层划分对比。本发明适用于花岗岩储层划分与对比，对使用者几乎无经验要求，并且具有较强的可操作性。

摘要： 本发明涉及一种基于面元法的全附体舰船不沉性计算方法，首先，根据舰船和破损舱室的几何模型，建立相应的三角形面元模型；接着，设置舰船面元模型的法线方向朝外，破损舱室面元模型的法线方向朝内，并以船体坐标系原点为基准将两模型的自由度耦合；然后，输入舰船破损前的重量重心以及初始浮态，基于面元积分计算舰船的排水量、水线面面积等要素；最后，基于牛顿迭代法计算舰船在破损进水后的浮态，提取舰船横倾角、初稳性高、最小稳性力臂等值；在每个迭代步采用面元切分的方法匹配舰船的湿表面面元。本发明能够针对任意船型的全附体舰船开展不沉性计算校核，解决了传统不沉性计算方法在附体、船型方面适用性差的问题，具有广泛的适用性。

摘要： 本发明给出了一种基于面元法的超短波通信地图构建方法，包括：获取各个通信基站对应的数字高程模型中每个地形网格点的地面坐标系坐标以及天线塔的地面坐标系坐标；计算通信终端分别与各个通信基站之间的最大可通信距离并确定各个通信基站的最大可通信区域；确定地图平面并进行正方形网格化处理并获取各个正方形网格中心点的地面坐标系坐标；确定地图平面的可通信圆域；获取各个通信基站在地图平面的可通信圆域内所有正方形网格中心点和被遮挡的正方形网格中心点；确定超短波通信地图。本发明能够构建非常精确的通信地图，且计算效率和计算速度高。

摘要： 本发明提供一种基于工程面元法的弹性气动数据精确获取方法，方法包括：1、建立飞行器的风洞模型和真实模型；2、针对风洞模型和真实模型开展气动弹性性能评估，当判定基于风洞模型和真实模型的弹性气动数据均需要修正时，则进入步骤3；3、进行第一次弹性修正：利用风洞试验测量得到风洞模型的气动力系数；采用工程面元法计算风洞模型变形前后的气动力系数变化量；将风洞变形数据与气动力系数变化量相减，得到第一气动数据；4、进行第二次弹性修正：采用工程面元法计算真实模型变形前后的气动力系数变化量，并与第一气动数据叠加即得。本发明建立了两步走的弹性气动数据精确修正方法，得到的飞行弹性气动数据的精度得以大幅度提升。

摘要： 本发明涉及一种针对花岗岩地层划分对比的面元法，包括以下步骤：1)敏感地震属性选取；2)垂向等比例划分地震属性体；3)提取各小层敏感属性平面图；4)地层对比面元划分；5)以面元为范围，进行垂向地层格架划分；6)按顺序连接各井关键分隔点，完成地层划分对比。本发明适用于花岗岩储层划分与对比，对使用者几乎无经验要求，并且具有较强的可操作性。