弹道再入飞行器的无粘绕流及表面加热率的一种工程数值解法

RVSPHR是一种确定弹道再入飞行器无粘气动力和表面热流率的近似数值计算程序。在头部亚跨音速区内,由工程方法给出激波角及压力分布,并假定激波层内的物面法向压力和法向速度剖面,而相应的激波形状则按质量守恒条件迭代调整。下游超音速区仍由严格运动方程差分数值求解。在无粘流计算的基础上,用无需迭代的熵吞技术,计算表面热流率。所有计算结果与严格数值解及实验值作了比较,其一致性较好。     

翼型跨音速绕流的数值计算

本文选用精确速势方程作为翼型跨音速无粘绕流的数学模型。在变换过的直角座标中,用有限差分(亚音速区用中心差分,超音速区用旋转差分)对精确速势方程离散化。差分方程形成的代数方程组用列松弛迭代法求解。 为了计入粘性效应,利用精确速势方程和附面层动量积分方程进行联合迭代求解。这一点对超临界翼型的计算显得特别重要。 算例与其它数值解及实验作了比较,对于一般翼型和超临界翼型,本文结果是良好的。     

二维湍流边界层雷诺应力方程的数值解

本文给出一种解雷诺应力方程的一种新的显式方法。本方法对坐标和变量作了规格变化,并对方程作了特征变换,与控制方程不作特征变化的方法相比,本方法十分有效。用本方法作了四种算例计算,其计算结果与实验结果十分一致。     

亚音速扩压器附面层计算

本方法是一个比较实用的工程近似方法。其基本思想是考虑了管内附面层和核心流之间存在着强干扰,必须将附面层方程和无粘核心流方程联立求解。否则,两层之间的流动可能出现计算上的不协调,导致发散或物理解不合理。 将小曲率下的定常可压紊流普朗特附面层方程,通过沿附面层厚度方向的积分运算,得到动量积分方程和速度矩积分方程。为了利用不可压附面层的结果和参考焓概念,引用Mager变换,将此两积分方程变换成以转换物面坐标为自变量的不可压形     

亚超音速全机纵向气动系数数值计算方法的改善与发展

本报告是在亚超音速位流解基础上改进发展的数值计算方法。用面分布有限基本解计算作用在物面上的压力,用数值积分方法计算作用在物体上的力与力矩。本文采用联合流场、有效剖面吸力概念以及顺流向片条作可压缩紊流附面层的积分解,来改进阻力特性的数值计算。 数值方法已编制成计算程序。 本文提供了用这个计算程序计算的若干算例,并与实验结果作了对比。比较表明,计算结果与实验值有良好的一致性。     

RANS方程和附面层方程耦合求解转捩位置的方法

研究了基于线性稳定性分析的RANS（Reynolds-Averaged Navier-Stokes）方程和附面层方程耦合求解转捩位置的方法。RANS方程计算得附面层外边界的速度分布作为附面层方程计算的输入,求解附面层方程得到稳定性分析需要的附面层参数。由于附面层的解在分离点处的奇异性,用交互式附面层方程求解方法。用基于线性稳定性分析的e^N方法计算转捩位置,并考虑了Tollmien-Schliching波和层流附面层分离造成的转捩。迭代求解RANS方程和附面层方程,直到转捩位置收敛。RANS求解中使用转捩过渡区模型,避免了点转捩模型引入的数值扰动。通过对NA-CA0012翼型的计算并和实验结果及Xfoil计算的结果进行比较,吻合较好,有较好的工程实用价值。     

非定常超音速侧滑机翼的升力、力矩系数及动导数的数值计算

 本文利用分布在机翼平面上的非定常超音速点源的特征线网格法给出非定常超音速侧滑机翼的数值解。本文给出侧滑机翼作沉浮、俯仰、滚转谐振时的振型以及计算升力、力矩和动导数（包括交叉导数）的计算方法。按本文用非定常理论数值解对典型的无侧滑机翼计算出的动导数与常用的按准定常理论解析公式计算结果进行比较和鉴定,结果表明本文方法是令人满意的。     

绕低频振动旋成体的跨音速非定常流核函数方法

本文对无粘跨音速流中作俯仰振动的细长旋成体,给出了一种计算表面非定常压力分布和动稳定性导数的近似方法,即用时间线化近似,在引入局部线化假设后,将跨音速小扰动方程化为一个积分方程,并用精确物面边界条件求数值解。本方法算例与其它理论和实验结果作了比较,表明用它可以得出较合理的结果。     

基于遗传算法的高超声速曲面压缩进气道反设计

结合计算流体力学和遗传算法,建立了一种高超声速曲面压缩进气道的反设计方法。根据压力分布反设计了压缩型面。结果表明,该曲面压力分布与目标压力分布符合良好,从而验证了反设计方法的正确性。采用此反设计方法,设计了某高超声速曲面压缩进气道,并和等熵压缩二维进气道进行了比较。研究发现,在其它性能参数几乎相等情况下,曲面压缩进气道总压恢复较等熵压缩基准进气道提高9.7%,长度缩短5.6%。吞入23mm前体附面层后,基准进气道不起动,而曲面压缩进气道总压恢复系数仅下降5.4%,表现出良好的吞附面层能力。     

包括粘性影响的跨音速纵向大扰动非定常翼型绕流计算

本文提出一种计算效率高、并改进小扰动理论的二维跨音速定常和非定常流的计算方法——非定常纵向大扰动流速势方程和边界条件的数值解。本方法还考虑了包括边界层位移厚度以及激波-边界层干扰的粘性影响。文中给出了NACA 0012翼型和NLR 7301超临界翼型绕流的算例,计算结果与实验作了比较。     

跨声速流场计算的时间分裂有限体积法

本文用时间分裂有限体积法计算了翼型和平面叶栅的跨声速流场,计算与实验值的对比表明,数值结果是比较准确的。计算应用了滞止焓沿流线不变的关系来代替能量方程后,给出了差分方程的稳定条件。分析了跨声速流计算中,差分格式引进人工耗散的必要性。此外,本文还对加速计算收敛的方法及其效果作了探讨。     

球面激波对平面的马赫反射的简化处理

本文利用Whitham绕射理论,给出了球面激波对平面绕射时马赫杆的近似解,同时求得了马赫反射三波点迹线及壁面超压。另外还导出了新的面积函数表达式。在壁面超压的计算上,这些理论结果与用Whitham方程求得的数值解相符合。     

湍流附面层方程的有限差分解

本文用三点隐式有限差分法数值求解了轴对称流动的层流、转捩和湍流可压缩附面层方程,湍流附面层用两层概念处理,而每一层用适当的涡粘性模型代替Reynolds应力项,用常值湍流Prandtl数将湍流热流项与Reynolds应力关联起来。支配方程用迭代法求解。计算结果表明,采用本文改进的涡粘性模型和涡粘性分布的平滑办法,对文中所计算的几种情况,都给出了满意的结果。     

跨音速粘流的计算

 概述了一种采用粘流/无粘流相互作用原理计算跨音速粘流的方法。采用熵修正激波算子计及跨越激波时的熵增,形成的非等熵位势方法可比传统的位势方法更准确地计算无粘流动。提出了一种流向速度型,结合其它辅助关系式导出了三维湍流边界层积分方程反方法。用此方法可求得粘流解。利用半反耦合方式耦合了无粘流和粘流解。数值算例表明,计算结果与实验结果吻合;且对计算机的要求较低。     

三维水下爆炸气泡的数值模拟

在理想不可压势流假定下,采用高阶有限元离散边界积分方程求解水流场。假定泡内气体遵循等熵关系。用Ｅｕｌｅｒ－ｌａｇｒａｎｇｅ方法模拟气泡的演化。计算结果与球泡“精确解”及实验值比较,表明数学模型合理且三维数值方法精度高。计算给出气泡迁移、射流等重要动力学行为和物体受力分析     

不等熵一维定常管流数值解法

不等熵一维定常管流控制方程的数值解法,已有许多讨论,但大多局限于某些特定情况,特别是控制方程在奇点(M=1)附近的计算,还没有一个简便的方法.本文引进新变量,把方程变为非奇异的,提出了对各种不等熵流都适用的数值解法.由于引进了喉部条件,保证了数值解的唯一性.经过对模型方程的计算精度分析,证明该数值解除了在奇点附近稍有误差外,其它地方与精确解一致.本文最后给出了该方法在无喷管发动机内弹道计算中的应用.     

人造卫星运动方程数值解中的几个主要问题

本文详细阐述了人造卫星运动方程数值解中的数值稳定化和步长均匀化问题,给出利用能量关系或采用辛算法控制沿迹误差的快速增长和自变量变换解决大偏心率轨道积分过程中的变步长问题,并用计算实例验证了方法的有效性。     

数值求解二维定常跨音速流场多重解现象探讨

本文用时间推进法求解欧拉方程组计算二维平面叶栅绕流问题数值实验是否有多重解现象。计算结果表明,求解欧拉方程组进行流场数值模拟最终收敛与初场无关,不存在解不唯一问题,进而计算初场熵值大小,也发现初场熵值大小不影响终场结果。     

复杂外形气动力计算的阻力修正方法

基于气动力计算的位流线化理论,发展了一种亚音速附面层阻力修正方法。采用联合流场求解方法获得复杂外形的表面压力分布,在此基础上,将绕复杂外形物体沿流向面元划分为片条,在片条上,把三维附面层转换为二维附面层,对二维附面层进行数值求解,得到附面层粘性阻力修正。算例表明,该方法计算量小,与实验和N-S数值解结果吻合较好。为复杂气动外形飞行器初期设计、方案选型及评估提供了较为理想的工程设计手段。     

横向喷流与超音速主流干扰流场的数值研究

 采用欧拉方程与可压缩涡对模型相结合的数值方法,研究了超音速主流与横向喷流干扰流场的气动特性。喷流横截面用一对反向旋转的可压缩涡来模拟。采用有限元Osher格式及非结构网格数值求解二维欧拉方程以得到非等熵外流场的气动特性及弓波位置。将欧拉方程数值解结果与可压缩涡对流场解结果相结合以研究喷流的轨迹及喷流横截面的变化。最后给出了数值模拟结果并与工程估算结果进行了比较,表明本文所述方法是可行的。