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一种适用于航天大数据的深度决策树模型

北京邮电大学学报 2023年第3期46卷 1-6页

作者：常霄黄智濒禹旻杨武兵北京邮电大学计算机学院北京100876 中国航天空气动力技术研究院第一研究所四室北京100074

常规处理百万网格航天大数据的物理量回归分析方法不适用于复杂的流场环境,可使用多种机器学习模型解决该问题。但已有的机器学习模型无法同时具备高预测精度、模型可解释性和大数据处理能力。对此,提出了一种新型深度决策树模型。基于... 详细信息

常规处理百万网格航天大数据的物理量回归分析方法不适用于复杂的流场环境,可使用多种机器学习模型解决该问题。但已有的机器学习模型无法同时具备高预测精度、模型可解释性和大数据处理能力。对此,提出了一种新型深度决策树模型。基于堆叠的深度森林模型,通过自适应多粒度扫描和自生长级联森林对隐藏特征进行提取和利用。使用航天大数据进行实验,结果表明所提模型在预测精度、泛化性能和核心功能增益等方面优于随机森林、XGBoost和LightGBM模型。

关键词：深度决策树机器学习堆叠模型航天大数据

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超声速尾迹-剪切流的混合增强

航空学报 2021年第12期42卷 111-121页

作者：禹旻杨武兵沈清中国航天空气动力技术研究院北京100074

超声速条件下燃料和空气之间的高效混合是超然冲压发动机技术上的主要挑战。基于大涡模拟和流动稳定性分析,针对超声速尾迹-剪切流动开展了混合增强方法研究。尾迹的存在改变了混合层流动的速度剖面,对流动稳定性产生了重要影响,使混合... 详细信息

超声速条件下燃料和空气之间的高效混合是超然冲压发动机技术上的主要挑战。基于大涡模拟和流动稳定性分析,针对超声速尾迹-剪切流动开展了混合增强方法研究。尾迹的存在改变了混合层流动的速度剖面,对流动稳定性产生了重要影响,使混合层由三维最不稳定变为二维最不稳定,最不稳定扰动波频率和增长率增大。基于流动稳定性结果引入扰动的混合增强方式依然有效,根据稳定性结果设计了波纹隔板。数值结果表明:二维波纹壁引入的扰动未能增长,不具备混合强化效果,而三维波纹壁引入的扰动能够快速增长,具有混合强化效果,且波纹壁参数越接近最不稳定扰动波参数,混合强化效果越明显。

关键词：超声速流动混合层尾迹流动稳定性混合增强

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超音速平板边界层展向波包型扰动的演化

超音速平板边界层展向波包型扰动的演化

作者：禹旻天津大学

学位级别：硕士

在研究三维超音速边界层中扰动的演化过程中发现，在下游会出现三维小尺度结构。为了研究三维扰动产生的原因，本文用数值模拟的方法研究了平板边界层展向波包型扰动的演化，由此可以确定三维小尺度结构的产生是由于流场的三维性还是由... 详细信息

在研究三维超音速边界层中扰动的演化过程中发现，在下游会出现三维小尺度结构。为了研究三维扰动产生的原因，本文用数值模拟的方法研究了平板边界层展向波包型扰动的演化，由此可以确定三维小尺度结构的产生是由于流场的三维性还是由于扰动本身的三维性引起的。此外波包型扰动与自然状态下产生的波相似，因此，研究波包型扰动的演化具有重要的实际意义。本文采用直接数值模拟（DNS）的方法，模拟了超音速平板边界层中加入二维和三维小扰动以及波包型扰动的演化。平板边界层加入二维和三维小扰动的演化与线性稳定性（LST）得到的幅值增长曲线作比较，验证程序的正确性，为后面加入波包型扰动做准备。通过直接数值模拟可以得到以下结论： 1、计算结果表明，平板边界层在入口处加入展向波包型扰动，在下游会出现比波包宽度小很多的三维条纹结构。通过傅里叶分析发现，这些三维小尺度条纹结构对应于展向的高频谐波，在流场的下游这些结构会迅速的增长起来，成为扰动的主要因素。入口处加入波包的宽度不同，下游出现的条纹结构的尺度也略有不同。 2、由此可以推断下游出现的小尺度条纹结构是由于扰动中的三维高频成分引起的，边界层的三维性是通过引起扰动的三维性而产生三维小尺度条纹结构的，而其本身并不能产生。

关键词：超音速平板边界层直接数值模拟波包型扰动条纹结构

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温度对高速平板边界层转捩雷诺数的影响

空气动力学学报 2020年第2期38卷 308-315页

作者：刘智勇禹旻杨武兵中国航天空气动力技术研究院北京100074

为了深入研究温度对高速边界层稳定性和转捩的影响,并对不同温度条件下的转捩结果进行关联,采用线性稳定性理论和eN方法,对不同壁温、总温条件下的高速平板边界层进行了稳定性分析和转捩预测。温度条件对转捩的影响体现在两方面,一方面... 详细信息

为了深入研究温度对高速边界层稳定性和转捩的影响,并对不同温度条件下的转捩结果进行关联,采用线性稳定性理论和eN方法,对不同壁温、总温条件下的高速平板边界层进行了稳定性分析和转捩预测。温度条件对转捩的影响体现在两方面,一方面会改变快、慢模态的分枝特性,由此改变扰动的线性增长路径;另一方面可以改变边界层本身的不稳定性,引起扰动增长幅值和转捩位置的变化。结果表明,壁温或总温的变化,会产生不同的模态分枝类型,且总温的增加对边界层起稳定作用。另外,发现对于相同马赫数,在不高于1000K的壁温条件下,扰动的增长与壁温存在一致性的变化规律,结合eN方法,获得了转捩雷诺数与壁温比和N值的函数关系式。利用该公式,可以对不同初始扰动幅值和壁温条件的边界层转捩进行预测和关联。

关键词：边界层转捩模态分枝转捩雷诺数温度转捩关联

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满足几何守恒律的WENO格式及其应用

计算力学学报 2017年第6期34卷 779-784页

作者：朱志斌杨武兵禹旻中国航天空气动力技术研究院北京100074

对几何守恒律的来源进行了分析,发展了一种满足几何守恒律的WENO格式,并应用于翼型层流分离现象的数值模拟中。为消除网格质量影响,采用守恒型方法计算网格导数,并将标准的WENO格式分解为中心差分部分和数值耗散部分。算例计算结果表明... 详细信息

对几何守恒律的来源进行了分析,发展了一种满足几何守恒律的WENO格式,并应用于翼型层流分离现象的数值模拟中。为消除网格质量影响,采用守恒型方法计算网格导数,并将标准的WENO格式分解为中心差分部分和数值耗散部分。算例计算结果表明,几何守恒律对高精度有限差分WENO格式计算结果具有重要影响,本文方法能够消除网格导数计算误差,保证来流保持性。将本文方法应用于SD7003翼型层流分离现象的数值模拟中,计算结果与文献中计算及试验数据吻合较好,同时能够精细捕捉小尺度流场结构,准确模拟翼型层流分离现象中的复杂流动过程。

关键词：几何守恒律 WENO格式来流保持性度量系数误差翼型绕流

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高超声速壁湍流入口条件生成方法的比较

空气动力学学报 2017年第6期35卷 772-776页

作者：禹旻袁湘江朱志斌中国航天空气动力技术研究院北京100074

给定恰当的入口条件是开展壁湍流数值模拟的关键问题。选取基于有限差分的直接数值模拟方法结合高精度的计算格式,详细讨论了自然转捩、波纹壁面结构导致的"Bypass"转捩和利用时间发展湍流场进行参数回收促发转捩这几种湍流入口生成方... 详细信息

给定恰当的入口条件是开展壁湍流数值模拟的关键问题。选取基于有限差分的直接数值模拟方法结合高精度的计算格式,详细讨论了自然转捩、波纹壁面结构导致的"Bypass"转捩和利用时间发展湍流场进行参数回收促发转捩这几种湍流入口生成方法在高超声速条件下的可行性,分析了这几种方法各自存在的优点和不足之处。计算结果表明,Bypass转捩和利用时间发展流场进行参数回收方法相比自然转捩能快速促发转捩,但自然转捩得到的湍流场品质更好。该项研究为高马赫数壁湍流数值模拟入口条件的选取提供参考依据。

关键词：高超声速壁湍流入口条件自然转捩波纹壁面流场参数回收

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不同壁面形变对超声速边界层转捩的影响

不同壁面形变对超声速边界层转捩的影响

第十一届全国流体力学学术会议

作者：禹旻刘智勇杨武兵中国航天空气动力技术研究院

对于亚声速和不可压流动,壁面形变会使T-S波不稳定,对边界层转捩过程起到促进作用。而对于超声速和高超声速流动,在一些设定的工况下,壁面形变有可能会使边界层扰动稳定,从而对边界层转捩过程起到推迟作用。本文采用直接数值模拟和稳定... 详细信息

对于亚声速和不可压流动,壁面形变会使T-S波不稳定,对边界层转捩过程起到促进作用。而对于超声速和高超声速流动,在一些设定的工况下,壁面形变有可能会使边界层扰动稳定,从而对边界层转捩过程起到推迟作用。本文采用直接数值模拟和稳定性分析研究了不同壁面形变对马赫数为4.5的平板边界层扰动和转捩的影响。研究的壁面形变包括不同形状的二维、三维波纹壁,壁面凹陷等。研究结果表明,文中考虑的几种壁面形变对扰动有不同程度的抑制作用,并最终产生边界层转捩推迟作用,但转捩推迟的效果和作用机制不同。具体来说,这些壁面形变都在一定程度上抑制了高频扰动的快速增长,同时有些壁面形变还会产生新的扰动,这些扰动的综合作用最终使得转捩效果不同。

关键词：超声速边界层波纹壁稳定性分析转捩控制

来源： cnki会议评论

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高超声速曲面边界层上强制转捩过程的研究

高超声速曲面边界层上强制转捩过程的研究

基于多视图聚类算法的三维流场关键点附近的流线筛选

第十届全国流体力学学术会议

作者：禹旻杨武兵袁湘江中国航天空气动力技术研究院

工程上十分关注由转捩装置引发的强制转捩过程,常用的被动型强制转捩装置为沿物面展向布置一排或几排具有一定间距的圆柱形、钻石形或斜坡形的突起单元,该装置能够在边界层内诱导产生一系列沿流向运动的对转涡对,从而促进边界层提前转... 详细信息

工程上十分关注由转捩装置引发的强制转捩过程,常用的被动型强制转捩装置为沿物面展向布置一排或几排具有一定间距的圆柱形、钻石形或斜坡形的突起单元,该装置能够在边界层内诱导产生一系列沿流向运动的对转涡对,从而促进边界层提前转捩。本文在高超声速曲面边界层上放置方柱斜坡型突起单元,发现由这种粗糙单元诱导的尾迹流动是一种三维边界层结构,能很快促进边界层转捩的发生。但是,对于凹形物面结构,不同于平板边界层的一个特征就是存在由曲率引起的G?rtler不稳定模态。在高超声速曲面边界层中,G?rtler涡的扰动特性不同于不可压和低马赫数情况,最不稳定的G?rtler模态的扰动能量不是集中在壁面附近而是主要集中在远离壁面处,而由于壁面粗糙单元引起的流向涡的能量集中在壁面附近,这就导致入口引入的最不稳定G?rtler涡在向下游的演化过程中与壁面粗糙单元尾迹形成的流向涡之间几乎没有发生相互作用。因此从计算结果来看,不论是突起物尺寸发生变化,还是将突起物放置位置改变(突起物放置在G?rtler涡的"峰"处还是"谷"处),计算域入口引入的最不稳定G?rtler涡对壁面突起引发的强制转捩过程产生的影响都很小。在本文研究的高超声速曲面边界层工况中,不稳定的G?rtler涡展向波数范围为0.002～4.77(无量纲量),其中最不稳定的G?rtler涡展向波数约为0.83,因此还研究了除最不稳定G?rtler涡外的其他G?rtler涡对转捩过程的影响,此不稳定的G?rtler涡展向波数约为0.41,相比最不稳定G?rtler涡该扰动的能量要靠近壁面,将此不稳定G?rtler扰动引入计算域入口,发现其对壁面突起引发的强制转捩过程会产生一定的影响,使得由突起物引起的强制转捩过程推迟。

关键词：强制转捩 G?rtler涡高超声速稳定性分析

来源： cnki会议评论

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计算机辅助设计与图形学学报 2022年第12期34卷 1930-1942页

作者：黄智濒傅广涛曹凌婧刘小萌禹旻杨武兵北京邮电大学计算机学院(国家示范性软件学院) 北京100876 中国航天空气动力技术研究院第一研究所四室北京100074

在关键点周围进行流线可视化时,流场特征复杂多样以及流线之间可能存在共点或对称性等情况,可能导致常规的基于几何或相似性的筛选方法失效.为此,提出了基于数据驱动思想的关键点周围的流线筛选方法MvCcp,它是基于多视图聚类算法的流线... 详细信息

在关键点周围进行流线可视化时,流场特征复杂多样以及流线之间可能存在共点或对称性等情况,可能导致常规的基于几何或相似性的筛选方法失效.为此,提出了基于数据驱动思想的关键点周围的流线筛选方法MvCcp,它是基于多视图聚类算法的流线筛选方法,通过对流场进行不同粒度的体素化,生成流线的位置视图和基于距离场直方图的特征视图数据,并通过多视图聚类算法进行流线筛选.针对HalfCylinder等6个典型的关键点周围的三维流场,与其他3种典型的流线筛选方法进行了定性可视化比较,并基于MSE,PSNR,SSIM,AAD等定量指标进行对比实验表明,MvCcp在所有实验中具有更出色和更稳定的表现.

关键词：流场可视化体素化距离场关键点多视图聚类