AF-2格式的加速收敛参数研究

一、引言 Ballhaus等人提出的求解跨音速定常流动的隐式近似因式分解法（AF-2）具有收敛快速,占计算机存储少等优点。文献[1,2]分别对于完全小扰动方程和全位势方程的计算给出了很好的例证。文献[3]表明上述结论对于横向小扰动位势方程也是成立的。AF-2格式的快速收敛主要是通过加速收敛参数的循环取值来实现的。因此,合理正确地选取加速收敛参数序列对AF-2格式至关重要。     

跨音速翼型计算的快速方法

用全速势方程求解绕翼型的跨音速流动时常用的计算方法有:SLOR方法、BGKJ方法(快速直接/SLOR混合方法)、隐式近似因子分解(AF)方法和多重网格法等。本文用其中的两种方法:BGKJ方法和AF2方法,以NACA 0012翼型为例进行了数值实验,比较了这两种方法的收敛速度。计算时,BGKJ方法用现有的计算程序,AF2方法则用最近自己编制的程序。数值实验的结果表明,BGKJ方法较AF2方法收敛速度快。     

小攻角高超声速钝锥边界层内扰动演化的数值模拟

首先从有限差分格式出发,给出了基本无振荡的高阶激波捕捉格式,然后,采用数值模拟方法对马赫数为6的2°攻角高超声速钝锥边界层的稳定性进行了研究。计算发现,由于攻角的存在,钝锥的稳定性特征与零攻角时有本质的差别,比如背风面的扰动比迎风面增长更快,但扰动增长最慢的地方并不是迎风面,而是侧面的某个位置;又比如背风面主要是长波起作用,迎风面和侧面主要是短波起作用;斜模式不稳定在整个钝锥边界层中起最主要作用。     

平板边界层中展向波包型扰动引起的转捩

过去在平板边界层转捩及湍流的研究中,主要考虑的扰动在展向是均匀分布的,这样有利于研究,但在实际问题中扰动形式是多样的,边界层可能是三维的,扰动在展向是不均匀的。对于以往研究的扰动来说,三维平板边界层中的展向非均匀扰动是比较复杂的扰动形式,更接近自然转捩,因此研究这种扰动引起的转捩和湍流具有重要的实际意义。基于此,针对平板边界层,控制方程为无量纲化的Navier-Stokes扰动方程,时间上采用三阶精度的差分格式,空间上展向采用伪谱方法,流向和法向采用高阶精度差分格式,应用数值模拟的方法研究了小幅值和有限幅值展向波包两种情况。通过数值模拟和线性稳定性理论分析小幅值波包的演化,得到了小幅值波包的演化符合线性稳定性理论(LST);分析了有限幅值的展向波包型扰动引起的转捩和湍流,描述了物理空间和谱空间中波包型扰动的演化特征;同时针对不同展向位置进行分析,结果表明不同展向位置的转捩位置不同,但转捩过程和特征是类似的。     

基于PSE的单股剪切混合流稳定性分析

将抛物化稳定性方程(PSE)方法应用到可压缩单股剪切混合流的稳定性研究中.采用并发展了适用于自由剪切流的高精度数值方法,包括六阶紧致格式、坐标变换以及渐近边界条件等,对PSE进行有效求解.通过求解相似边界层方程得到更准确的剪切层内基本流;求解线性稳定性理论(LST)控制方程得到扰动的初始条件,并通过流向空间推进方法对扰...     

后掠翼可压缩三维边界层稳定性计算

采用可压缩线化稳定性理论对后掠机翼的层流边界层稳定性进行了计算研究。对三维边界层中三维扰动波的可压缩稳定性方程组特征问题采用相关两步格式求解。与常用的初值法相比,具有不需预估特征值和快速收敛的特点。为得到渐近边界条件的准确表达式,导出了外边界上方程的解析解,这对精确的特征值计算和分析至关重要。为避免出现伪不稳定模态,选择了合适的稳定性方程组形式。最后,通过层流控制机翼和自然层流机翼的算例,研究了后掠翼上典型Tollmien-Schlichting(T-S)型扰动和横流(C-F)扰动稳定性问题,其结果与已有计算结果符合甚好。     

高精度数值方法在DNS中的应用

利用不同格式模拟扰动波在平板边界层中的传播,考察了格式对T-S波传播过程计算结果的影响。研究了不同计算格式对自由剪切层扰动波增长的影响,结果表明:对于二维扰动波模型,采用二阶精度格式,扰动波在平板边界层中只能出现衰减的结果;在自由剪切层中,虽然能模拟出扰动波在传播过程中幅值的增长,但却在相当长的计算范围内看不见三维波的出现。但对于同样的扰动模型,如果采用高精度格式,在边界层中能出现增长的T-S波,并与线性理论非常吻合;在自由剪切层中,扰动波不仅迅速增长,并能在不很长的距离内,明显的看到三维波的出现,并激发出了三维结构。      

LTRAN2的一种改进方案

本文提出了LTRAN2的一种改进方案BTRAN2用来分析翼型的各种频率的非定常运动。用E-O调转换格式和ADI方法求解了完全的二维非定常跨音速小扰动位流方程,并用单调转换的AF2格式计算了定常跨音速小扰动方程,以此作为非定常计算的初场。本文给出了带后缘正弦振荡襟翼的NACA 64 A006翼型的绕流和做正弦俯仰振荡的NACA 64 A010翼型的绕流计算结果,它们与Euler方程解或实验数据很吻合。     

用于气动声学计算的非均匀网格紧致差分格式

为克服传统紧致差分格式在数值求解非均匀网格问题时产生的寄生波,构造了一种新的高精度紧致差分格式.通过泰勒展开分析方法,详细给出了格式系数的通用形式;利用傅里叶分析方法,分析了数值耗散、色散误差.以3对角6阶精度紧致差分格式求解均匀扰动网格问题为例,计算表明:色散值和耗散值随扰动因子的增加而更加趋近于精确值;当扰动因子大于0.213时,格式不稳定,当扰动因子小于等于0.213时,格式渐近稳定;对一维对流波和二维波传播的模拟计算所得数值解与精确解吻合,体现了该格式在求解非均匀网格问题时的优越性.      

钝体边界层失稳特性分析

推导了适合可压缩二维/轴对称边界层的线性抛物化稳定性方程。在法向采用4阶中心格式,流向采用1阶向后差分,对线性抛物化稳定性方程进行离散。通过来流马赫数为4.5的平板与曲面边界层稳定性问题验证了程序的正确性。讨论了来流马赫数6的球钝锥边界层内,扰动波沿端头向下游演化的失稳特性。发现了一种新的失稳机制。     

旋成体零攻角纵向大扰动势流的AF-2迭代及其并行算法

 <正> 1.引言 为提高跨音速差分计算效率,人们在计算格式的设计、改进方面做了大量的工作,并取得了可喜的成就。并行计算机的出现和发展,使我们有可能进一步提高计算效率。第9期阂赛金等:旋成体零攻角纵向大扰动势流的人F一2迭代及其并行算法A弓n因为并行处理机具有处理数据能力强、计算效益高的特点,但这种机器必须结合具体问题和机器特点加以考虑才能发挥其优势。目前,利用我国设计的“YH一1”(“银河一1”)亿次并行处理机,开展跨音速差分计算的并行算法研究具有理论和运用上的重要意义     

绕升力机身跨音速流动的有限元素法数值分析

 <正> 本文应用全速位方程最小压强积分的有限元素法解绕升力机身的跨音速流动。机身头部可以是尖的或带有进气道的。用头部伸出无穷长圆柱来模拟头部进气。尖头机身在元素形状处理上具有一定的复杂性,从数值实验角度考虑我们分别按尖头和头部伸出无穷长细圆柱来近似尖头头部两种方法对尖头机身进行计算。采用人工密度法捕获激波,但由于绕机身流线形状比较复杂,直接采用机翼问题中的人工粘性公式,解往往不收敛。我们推导出一种较精确的,适用于复杂流动情况的人工粘性计算公式,为了加速收敛,应用网格逐次加密技术,可使收敛速度提高2～3倍。本文还给出绕升力机身跨音速流动的远场速位解析式。     

振荡扰流片非定常流场的N-S方程数值模拟

 通过有限差分法求解不可压缩流体的二维非定常Navier-Stokes方程,研究扰流片作振荡运动引起的强迫非定常分离流特性。着重研究了雷诺数、缩减频率等因素的影响。得到涡在扰流片上生成、发展、脱落以及脱落后的演化过程;并给出扰流片和平板表面的压力分布。计算结果和实验结果符合良好。     

机翼跨声速绕流的Galerkin有限元解法

本文给出了翼型和机翼跨声速绕流的Galerkin带权余数有限元解法。利用一系列适当形状的元素将计算区域离散,在元素内采用线性插值函数。对于超临界流动,文中采用了适合于有限元法的超声速上风技术,具有捕捉激波的能力。将这种技术应用于线松弛迭代解法中,在计算钝头翼型和机翼绕流时,都获得了成功。     

计算翼型跨音速有势绕流的压强极小积分有限元法

本文采用压强极小积分有限元法计算了NACA 0012翼型的跨音速流场。出发方程为全速位方程。用人工密度的方式引入人工粘性。计算网格是通过解析/数值变换的方法自动生成的。采用线松弛法和人工时间相关法求解有限元方程。给出了有关的数值结果。     

机翼跨声速绕流的压强极小积分有限元算法及应用

本文从全速位方程出发。利用压强极小积分,给出了机翼跨声速绕流的有限元算法,并编制出相应的FORTRAN语言程序。文中给出了适于有限元法的网格生成技术,采用了线松弛迭代法和逐步加密法进行数值求解,提供了M6机翼和一个三角翼的计算结果。     

跨音速大迎角Euler方程数值分析

应用有限体积法离散三维Euler方程,选用三步显式格式进行时间推进求解;并通过当地时间步长、残值光顺、焓修正等方法加速收敛。对一维波动方程的von Neumann稳定性分析说明这种三步格式的最大Courant数是2。对三角翼跨音速大迎角流动的数值分析表明文中的三步格式及焓修正方法优于人们经常采用的四步、五步格式以及焓阻尼技术。     

一种新的用于MHD方程逆风格式的Jacobian矩阵分裂方法

针对理想MHD方程,提出了一种新的基于MacCormack算法的雅可比矩阵分裂方法,克服了原有方法稳定性差的问题,并成功地应用于理想MHD方程的求解.控制方程在非结构混合网格上进行空间离散,其中对流项采用本文发展的逆风向量分裂格式,并引入了双曲型磁场散度清除技术,时间推进为显式5步龙格-库塔方法.对MHD激波管流动和带均匀磁场干扰的二维高超声速钝头体绕流流场进行了数值模拟,得到了与参考文献相吻合的数值结果,表明本文发展的数值分裂方法可以有效地捕捉MHD流场的流动特征,并且具有比MacCormack方法更高的稳定性和计算精度.     

Nonlinear adaptive flight control system: Performance enhancement and validation

The problem of decreasing stability margins in L₁ adaptive control systems is discussed and an out-of-loop L₁ adaptive control scheme based on Lyapunov’s stability theorem is proposed. This scheme enhances the effectiveness of the adaptation, which ensures that the system has sufficient stability margins to achieve the desired performance under parametric uncertainty, additional delays, and actuator faults. The stability of the developed control system is demonstrated through a series of simulations. Compared with an existing control scheme, the constant adjustment of the stability margins by the proposed adaptive scheme allows their range to be extended by a factor of 4–5, bringing the stability margin close to that of variable gain PD control with adaptively scheduled gains. The engineered practicability of adaptive technology is verified. A series of flight tests verify the practicability of the designed adaptive technology. The results of these tests demonstrate the enhanced performance of the proposed control scheme with nonlinear parameter estimations under insufficient stability margins and validate its robustness in the event of actuator failures.