大气湍流对飞机颠簸的影响

利用具有6个自由度的飞机的运动方程，研究了大气湍流对飞机垂直过负荷的影响，推导了飞机在湍流大气中过负荷的传递函数，并分析了飞机对非定常湍流的反应．研究表明，在亚音速下，飞机飞行速度增大。飞机颠簸增强；在同样的气象条件和大气湍流强度下，小型飞机的颠簸比大型机剧烈。     

MM5V3/ECOM-si海气耦合模式的数值试验

利用中尺度大气数值模式MM5的最新版本MM5V3和一个三维的河口、海岸和海洋环流模式ECOM—si实现了一个MM5V3／ECOM—si的中尺度海一气耦合数值模式．耦合模式中大气模式底边界由海洋模式预报的SST强迫，海洋模式的上边界由大气模式预报的海面风应力、感热通量、潜热通量、净长波辐射通量和吸收的太阳短波辐射通量强迫．两个模式在相应的时步上互相交换信息并同时运行．为了验证耦合模式的效果．文中利用耦合前后的模式分别对黄东海区域1995年3月的一个人海气旋的个例进行了36h的模拟试验．并对前后模拟的结果进行了初步的分析．     

复杂群岛海域内的海面风数值试验

利用三维原始方程模式，通过个例的数值模拟试验，考查了海陆分布、地形、太阳辐射、海-气热通量对群岛海域低层中尺度风场结构和分布的影响，并作了海面风场的数值预报试验．结果表明，在动力或热力因子强迫下，群岛海域低层风场的时、空分布发生显著变化，同恒定、均匀分布的天气尺度风场差别较大．模式能合理地再现复杂群岛海域中尺度风场的特征，预报的海面风同观测接近．提供的探空观测或天气尺度预报场，适合在群岛海域的海洋环境问题应用中使用．     

海面风场数值诊断模式

从所周知，作为一个供船舶使用的业务化海浪数值预报模式，还必须有一个与其匹配的风场模式，风场的提供有两种方式，一种方法是直接建立配套的数值预报系统和大气模式，但这对航行中的船舶来说，要做到这一点是非常困难的，另一种方法是直接到用船舶可以接收到的国内外部分数值预报产品，在这些产品的基础上，再开发一个大气边界层数值诊断模式，供海浪数值预报使用，事实证明，这种方法经济、快速、方便，且有较高的准确度，根据各气象预报台多年的预报经验，及比较国内外各类数值预报产品的预报准确率和使用效果。以日本气象厅（JMA）发布的24、48、72地面气压场形势预报比较准确可靠，同时也覆盖西北太平洋海域，因此，我们先用该实况气压场及预报气压场为基础，利用大气边界层数值诊断模式提供业务化的风场。     

高速列车突入隧道引起的压缩波的理论研究

应用气动声学理论对高速列车突入隧道引起的复杂压力场进行了研究．根据实际情况，对气动声学的Ffowcs Williams-Hawkings方程(FW—H方程)进行简化，以节省计算资源和计算时间．应用伽利略变换对简化后的方程进行变量变换，使得曲面函数仅与空间相关；再直接对方程进行傅立叶变换，将其从时域转换到频域．最后，采用格林函数法求解FW—H方程，得到了高速列车突入隧道产生的压缩波的波形曲线，该曲线与既有模型试验结果一致．     

液力缓速器叶片倾角对容量系数的影响分析

根据能量平衡方程计算了叶片倾角与容量系数的数值关系,基于CAD和CFD技术,建立了缓速器工作流道的三维模型,采用RNG k-ε湍流模型模拟工作轮内部流场,分析了叶片倾角为40°,50°和60°时液体的翼面静压和湍流动能的分布规律,并利用有限体积法计算得到容量系数的数值.研究表明：叶片倾角为50°时,容量系数数值最小,其原因是叶片冲击引起的湍流最强,液流阻力最大.     

气候变化条件下基于海洋三维高分辨环境模拟的航海仿真研究

利用航海仿真技术,对气候变化背景的各种海洋环境条件下的船舶运动进行模拟仿真是评估气候对航运影响的一个有效手段.文中将研究重点放在如何获取一个真实的海洋环境场,依托海洋、大气、浪模式发展了一个联合环境动力预报系统,对海洋三维环境要素进行高分辨模拟预报.通过真实个例的实验研究表明,这一方法能够得到高精度而且真实协调的环境场数据.将这些模拟和预报的环境要素场,例如海面风、海流和海浪,与船舶运动方程相结合可以计算船舶在该种真实的海洋环境条件下的运动轨迹和姿态.利用VC和OpenGL进行联合编程,运用虚拟现实技术构造三维的海洋场景,取得了较好的效果.     

自共轭半正定紧算子方程简化迭代的误差估计

对自共轭半正定紧算子方程的简化迭代法进行了研究，简化了文[1]中Landweber迭代序列误差估计定理的条件，得到了新的误盖估计；利用自共轭紧算子特有的特征系统，给出了迭代序列误差估计的简化证明．     

绕圆柱湍流流场及其发展的计算

为研究绕圆柱湍流流场及其发展变化,应用RNGκ-ε模型和有限体积法求解非定常雷诺平均纳维尔-斯托克斯(URANS)方程,以二阶隐式时间离散和二阶迎风空间离散格式对控制方程进行离散,采用SIMPLEC算法耦合求解平均速度场和压力场.在Re=103～107范围内对流场进行了数值模拟计算,得到了速度场、涡量场及其湍流脉动参数在下游的发展变化规律.计算与分析结果表明:在高雷诺数条件下,回流区减小,尾流区变窄,尾流在主流方向的影响区域变小,涡量向下游的衰减更慢,湍流动能和湍流耗散率在下游的影响区域也减小.     

多开边界群岛海域溢油模拟的水动力模式

建立了一个多开边界群岛海域溢油模拟的三维水动力模式,并在舟山定普港域作了模拟和预报试验。模式采用高分辨的水平曲线正交网格和２．５阶湍流闭合模型,通过有限差分隐式／半隐式求解具有初、边值条件的三维原始动力方程组。初步试验表明,模式重视了港域内许多重要的流动力学特征,能模拟或预报海域内三维潮流、风生流及其相互作用,并为溢油模拟提供实时流场。     

Comparison of gas particle flow prediction from large eddy simulation and Reynolds-averaging Navier-Stokes modeling

In order to account for the effect of particle existence on gas-particle turbulence flow in large-eddy simulation (LES), a new gas-particle turbulent kinetic energy subgrid-scale (SGS) turbulence model is established, and the effect of particle wake is also considered in gas turbulent kinetic energy SGS turbulence model. Simulation of gas-particle turbulence flow in backward-facing step is carried out by LES using present model and by unified second-order moment (USM) model. The prediction statistical results including mean velocity and fluctuation velocity by LES using present model are in reasonable agreement with the experimental results. It is shown that present model is with higher calculating accuracy than USM model, which indicates that the turbulent kinetic energy SGS turbulence model is suitable.     

基于有限穿越可视图的进场航班流量波动特性研究

研究空中交通流量的波动特性是设计高效流量管理措施和控制策略的基础，掌握空中交通流量波动特性有利于空域资源配置与流量运行需求之间的均衡匹配。在3种时间粒度上，针对进场航班流量时间序列，一方面从复杂网络整体维度出发，采用有限穿越可视图对时间序列进行建网，利用k-core算法探究航班流量波动特性；另一方面从复杂网络局部维度出发，引入序模体方法，构造有限穿越可视图序模体，利用多元序模体类型转换规律来刻画流量的动态转移模式，进而掌握航班流量波动动态演化规律，为波动模式的预测提供了有效工具。研究结果表明：在有限穿越可视图方法映射得到的网络中，节点所属核阶数可以有效刻画流量波动强度，且与波动强度成正相关关系，即节点所属核阶数越大，波动强度越大，天津机场进场航班流量数据的强波动时 段为16:50-17:30；序模体越长，波动特性刻画能力越强，但鉴于受到空中交通混沌特性影响，序模体过长对于流量预测意义不大，推荐使用5节点序模体；波动模式状态转移图在有效刻画流量波动动态演化的同时，也可以计算波动模式的转移概率，3种时间粒度下转移概率分别为12.315%、 13.131%和10.638%，为波动模式的预测提供了有效工具。     

重型车辆撞击下桥墩碰撞力简化模型

为了探究钢筋混凝土桥墩在重型车辆撞击下的安全性能, 建立了重型车辆-桥墩碰撞精细有限元模型, 研究了撞击速度、桥墩直径、上部结构边界条件和货物高度对桥墩破坏模式和内力分布的影响; 分析了不同工况下的车辆碰撞力特征, 并基于车辆初始动能耗散特点提出了碰撞力简化模型。分析结果表明: 重型车辆碰撞过程可以分为保险杠、发动机和货物撞击桥墩3个阶段, 碰撞力在前2个阶段主要集中在0.9 m高度处, 而在第3个阶段主要分布在2.7 m高度处; 在重型车辆撞击下, 不仅桥墩端部会出现严重损伤, 碰撞部位附近也可能发生严重的局部冲剪破坏; 由于忽略了碰撞荷载的动力效应和车辆与桥墩的耦合作用, 采用《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60—2015) 中建议的等效静力设计方法难以获得桥墩的实际撞击响应; 撞击速度对桥墩内力和碰撞力的影响最显著, 货物高度的不同会改变碰撞力的空间分布, 但不会影响桥墩的最大内力响应; 重型车辆的初始动能存在6.5 MJ的阈值, 当初始动能小于该阈值时, 车辆发动机和保险杠的碰撞作用对桥墩动力响应起主导作用, 反之, 后部货物的碰撞作用控制碰撞力峰值; 碰撞力简化模型和精细车辆模型预测所得桥墩最大内力响应的相对误差在8%以内, 且计算耗时从6~7 h缩短到4 min。      

Correction of wave surge forces to improve surf-riding/broaching vulnerability criterion check accuracy

Surf-riding/broaching is one of the five stability failure modes to be included into the International Maritime Organization (IMO) second generation intact stability criteria (which are risk-based stability criteria) that can ensure the safety of ships in actual seaways more effectively. This study focuses on the influence of wave surge force prediction accuracy on surf-riding/broaching vulnerability criterion check result. Firstly, it is demonstrated that the wave surge force prediction method adopted in the current vulnerability criterion check procedure is not accurate and may lead to wrong conclusions. The experimental data from captive model test and the numerical result based on 3D panel method both indicate that the diffraction effect must be considered to correctly predict the wave surge forces. Besides, sophisticated methods are not suitable for Level 2 vulnerability criterion check due to their complexity. Therefore, an empirical formula for wave surge force correction based on sample ship calculation results is proposed. The proposed empirical correction formula can effectively improve the vulnerability criterion check accuracy and thus contribute to the design and safety of the ships which are vulnerable to this stability failure mode.     

基于航空器自主运行的空中交通复杂性建模

针对航空器自主运行模式的空中交通运行态势评估问题，本文重构了基于分布式空中交通管理系统的空中交通复杂性评价方法，并仿真验证了该方法在航空器冲突探测和自主航迹规划中的应用。首先，基于自由航路空域和航空器自主运行模式定义了空中交通复杂性，在通过三维空域栅格模型量化航空器时空位置的基础上，构建复杂度计算模型以反映航空器位置、航向、 航速对空域各栅格的实时复杂性影响；其次，基于实际管制扇区(ZSSSAR01)及高度层，分别模拟自由航路与固定航路运行模式，对比两者空中交通复杂度时空分布差异；并结合自由航路运行模式，在空中交通复杂性与航空器冲突指标(冲突率、冲突比例)相关性分析的基础上，研究空域复杂度阈值确定方法；最后，初步探究基于空域复杂度阈值进行航空器自主航迹调整的方法，评估其运行效果。仿真实验结果表明：自由航路运行模式相对固定航路运行模式可显著降低空域最大复杂度值(平均降幅119%)；模型计算得到，空中交通复杂度与空域中航空器冲突指标有强相关性 (相关系数大于0.90)；基于复杂度和复杂度阈值的航迹调整策略具备一定可行性。     

Dynamic response of warship structure under air non-contact explosion

The ship hull is simplified as a free beam with varying sections. Based on hydroelasticity and explosion mechanics theory,mechanical model and kinetic equation for hull girder vibration under non-contact explosion are established. The equation is solved by Wilson-θ algorithm. On the basis of the above principles,a structure kinetics analysis program is compiled. The dynamic response of supposed warship under air explosion is calculated conveniently and quickly. Under the explosion condition designed in the paper,the positive pressure period of non-contact explosion wave is much less than the natural periods of the first four modes of hull girder and the resonance of ship girder overall vibration can be avoided. The ratio of midship maximum moment to ultimate bearing strength under non-contact explosion accelerates with the increment of impact factor.     

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由于机车牵引能耗的巨额经济成本和气体排放引起的污染问题,列车节能运行控制与研究日益重要。本文根据机车牵引力做功与能量转换方程分析了列车运行能耗的主要作用形态,即克服列车运行阻力和调速制动导致的动能损失。基于对运行阻力功和制动动能损失的考虑,从理论分析及仿真计算的角度,探讨了调速制动前的惰行距离和途中运行速度均衡性对列车运行能耗的影响。案例分析表明：在运行时分相近的要求下,通过避免不必要的制动调速和增加停站制动前的惰行距离,可降低运行能耗9%;通过设置合理的目标速度上下限保持列车运行速度均衡性,可降低运行能耗6.8%。     

Energy-Efficient Driving Strategy for Freight Trains Based on Power Consumption Analysis

Energy consumption, involving large economic costs and air pollution, is an important issue of locomotive operation. Based on train movement transfer formulation between energy and work, this paper explores the main forms of energy consumption, which include work of resistance and kinetic energy loss caused by braking. From the view of theoretical analysis and simulations, the paper discusses the energy consumption with different coasting distance before braking and lower speed restriction, and train speed uniformity. The former makes a great impact on the kinetic energy loss and the latter determines the work of resistance. The results of case study indicate that it is possible to save 6.8% energy under the rigorous restriction of schedule time by keeping train speed uniform. If only unnecessary braking can be avoided and coasting distance before stop increased properly, an energy saving of 9% can be achieved while running time is only slightly affected.     

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基于性能的导航（Performance Based Navigation,PBN）飞行程序设计方案的优选对提高终端区空域的容量,空中交通管理工作的质量、效率,甚至飞机的飞行安全至关重要.但在实际操作中,PBN飞行程序设计方案的评估通常由有关专家根据机场的特点,依据专业知识及经验来确定优选方案,存在主观性和随意性的缺陷.为了提高PBN飞行程序设计方案优选的合理性和有效性,本文构建了PBN飞行程序设计方案的评价指标体系,建立了基于相对优势度法的区间数多属性评价模型.在该模型中,属性权重及评价指标值均采用区间数形式赋值,这些区间数用于计算备选方案的相对优势度,通过选择最大相对优势度来确定最佳方案.实例证明,所提出的评价模型能充分利用决策信息,有效地解决PBN飞行程序设计方案的优选问题.