非结构网格、混合网格下计算方法研究

为了提高计算精度，本文研究了计算格式和网格技术。通过比较非结构网格下的NND格式、MUSCL格式、ENO格式及最小二乘格式的计算精度和波动，选择利用NND方法中的守恒变量法来建立非结构网格下的计算格式，通过改进NND方法中的限制器来提高计算精度和分辨率，计算结果比较显示出该格式具有很高的分辨率和计算精度。本文也研究了非定常网格自适应技术，计算给出了双马赫反射问题的新旧限制器及网格自适应计算结果比较，新限制器网格自适应后计算得到的滑移线出现了剪切涡现象，这表明，数值计算中取足够密的网格和构造高精度格式是非常必要的。     

结合部网格系统在机身-边条-机翼组合体绕流计算中的应用

对应用于嵌套网格技术中的Collar网格思想进行了拓宽，提出了建立结合部网格系统的思想，使得对于复杂的组合体，Collar网格的生成都非常容易，并将其与虚拟网格和其他网格相结合，在保证计算网格的生成方便快捷而且网格质量高的前提下，成功地解决了嵌套网格技术中的结合部问题。机身－边条－机翼组合体绕流计算的实例表明，将结合部网格系统应用在嵌套网格技术中能保证几何外形不发生变化，能有效地处理各种复杂组合体外形的结合部问题，对于嵌套网格的自动化生成具有一定的实际意义。     

X—38飞行器无粘绕流的非结构网格模拟

本文采用非结构网格，利用DLR所发展的计算软件TAU对X－38飞行器高超声速无粘绕流进行数值计算。为了生成有效的计算网格及提高对流场细节的分辨率，在求解过程中应用了网格自适应,并研究了网格密度对气动力的影响程度；同时与现有的实验结果和用结构网格得到的结果进行了比较，符合程度令人满意。     

多重拼接网格技术应用研究

利用多重拼接网格技术对三种不同类型的计算外形进行了内外流场的数值模拟,并将计算结果与单重对接和单重拼接的结果进行了对比,计算结果表明多重拼接网格技术在没有降低计算精度的情况下,大大简化了网格生成,同时可以把计算速度提高一个量级左右,取得了令人满意的效果。     

网格技术

网格计算是一种新兴的解决大规模复杂问题的应用技术，网格是Internet的发展方向。文章阐述了网格的定义、体系结构、以及实现网格计算的关键技术，介绍了国内外网格技术的研究现状、应用前景和发展趋势。     

嵌补式网格技术在三维增升装置绕流数值模拟中的应用

基于Jameson的有限体积方法，采用多块网格技术求解Reynolds平均N－S方程组，对三维增升装置绕流进行数值模拟。提出了新颖的嵌补式多块网格技术，使得网格生成和流场计算得到了明显的简化。计算结果与实验数据吻合良好。     

运输机组合体绕流非结构混合网格N-S方程数值模拟

本文利用通用网格生成软件生成运输类飞机翼身组合体（DLR-F6）非结构混合网格，在边界附面层区域内，生成三棱柱形网格，在其他流动区域采用四面体网格进行填充。粘性流场求解器采用基于N-S方程的CFX5计算流体软件求解，通过计算结果与风洞试验所得到的数据对比分析，验证了网格生成方法及网格数据的正确性和实用性。本文研究结果也为运输类飞机高速风洞试验提供了对比数据。     

基于两级直角网格结构的三维DSMC算法研究

结合直角网格计算的高效率以及表面非结构网格对飞行器几何外形的精细描述,本文建立了基于两级直角坐标网格结构的DSMC数值模拟算法。一级网格为计算区域离散后的背景网格,二级网格为独立的碰撞网格和取样网格,是在背景网格的基础上根据流场性质的变化经过自适应后获得的亚网格,碰撞分子对在亚网格内选取,以保证选取的分子是"最相邻的"。计算的Orion飞船外形从自由分子流到稀薄过渡流的气动力系数,与DS3V和DAC软件计算结果的一致性非常好,验证了本文算法的可靠性和有效性。同时对过渡区的流动特征和表面气动参数的分布规律进行了分析。     

含内嵌激波流场的自适应网格求解

为了精确求解含内嵌激波的流场，应采用自适应网格技术。本文用Ｂｒａｃｋｂｉｌｌ和Ｓａｌｔｚｍａｎ的基于变分原理的自适应网格生成方法得到了在“人造斜激波”附近自动加密的网格，然后将该方法用于圆柱体底部流场的ＮＳ方程的求解。计算结果表明，用自适应网格求解比用固定网格求解捕捉的激波宽度较窄，质量较高。     

多面体网格在静气动弹性计算中的应用

介绍了多面体网格技术在静气动弹性问题中的应用.基于M6算例和径向基函数插值法,探究了多面体网格的CFD计算效率和变形能力,使用AGARD445.6机翼进行了静气动弹性数值计算.结果表明,多面体网格具有计算效率高、变形能力强、计算结果准确等优点,可适用于静气动弹性问题的数值计算.     

Numerical simulation of flows around helicopters at DLR and ONERA

This paper presents an overview of recent activities in CFD research conducted within cooperations between DLR and ONERA for the simulation of helicopter arerodynamics. These activities are mainly illustrated by two topics in the framework of a previous 3-year bilateral cooperation on `Rotorcraft CFD code Development', the objective of which was the assessement, comparison and further improvement of the DLR and ONERA Euler/Navier–Stokes methods for the prediction of the flow around isolated helicopter rotors. The first topic is devoted to a comparison of two different grid strategies for time-accurate inviscid flow computations of multibladed rotors in forward flight from the solution of Euler equations: the moving grid approach by ONERA and the overlapping grid technique by DLR. The second topic is concerned with a comparison of respective Euler/Kirchhoff aeroacoustic methods for the prediction of High Speed Impulsive noise of rotors. For the assessment and improvement of Navier–Stokes methods for fuselage drag prediction, a comparison between DLR and ONERA Navier–Stokes solutions achieved within the prediction phase of the Brite/EuRam European project `HELIFUSE' is also presented. The paper is concluded by a summary of ongoing DLR and ONERA research activities in the framework of the new long-term project `CHANCE' (Complete Helicopter AdvaNced Computational Environment) for the development and assessment of common Franco-German CFD tools for the complete helicopter accounting for trim and dynamics.     

数值空气动力学在DLR(德国宇航研究院)

德国在若干年前启动的国家CFD项目MEGAFLOW集中了DLR、大学以及航空工业界的许多CFD研究开发工作,目的是开发并验证能满足工业实践所要求的可靠并有效的数值工具,以对全机进行空气动力模拟.MEGAFLOW软件系统包括多区结构网格中求解N-S方程的软件FLOWer和在非结构网格中的软件TAU.两软件均已达到很高的成熟度并为DLR和德国航空工业广泛地应用于新飞机的设计过程.最近又启动了其后续项目MEGADESIGN和MegaOpt,旨在开发和增强外形设计及优化的有效数值方法.着重介绍了软件最近的改进及其计算粘性流动绕复杂飞机外形的能力.     

CFD-simulation of the flow through a fluidic element

The outflow channel of the fluidic jet reaction control element (FLE) and hence the direction of the thrust vector may be controlled by the injection of a secondary jet through one of the slits downstream of the inlet nozzle in the side walls. The main medium used is gaseous nitrogen, which is supplied from a reservoir chamber. Depending on the pressure there, three different operating modes can be distinguished.In order to reduce development time, the DLR Euler and Navier–Stokes code FLOWer has been extended for the numerical simulation of the flow through a fluidic element. In the present paper the code is verified and validated for this application. The influence of grid density, turbulence model, boundary conditions and the geometry of the external walls is investigated. The code is validated by comparing numerically obtained results with experimental data, including wall pressure and thrust measurements as well as differential interferometry photos. Numerical solutions are obtained for chamber pressures ranging from 60 to 100 bar, considering each case with and without injection of a secondary mass flow.     

CFD在概念-初步设计阶段三维气动外形优化中的应用

在飞行器概念-初步设计阶段,建立基于CFD的气动优化链对于提高优化计算的效率具有较好的工程应用价值。使用德国宇航院开发的CPACS数据格式给出飞行器平面形状,结合NURBS翼型参数化方法对飞行器几何外形进行参数化;自动生成计算网格并求解Euler方程数值模拟流场以评估参数化气动外形的气动特性,进而构建响应面模型;使用SQP梯度算法搜索响应面模型以获取满足约束的最优解。以Onera M6机翼为例,对该优化链进行验证。结果表明:在满足约束的条件下,基于CFD的气动优化链能够成功地进行气动外形优化。     

MLP高阶重构格式应用

在有限体积框架下,利用MLP(multi-dimensional limiting process)系列重构格式结合HLLHLLC(Harten-Lax-van Leer with contact)近似黎曼求解器,同时引入激波探测函数进一步降低MLP在光滑流动区域的数值耗散,数值模拟了超声速前台阶流动、结冰翼型的非定常流动、高超声速双楔流动和DLR F6-WB跨声速流场,研究了MLP系列格式在可压缩复杂流场中的表现.结果表明:在多维空间中,MLP格式能够在如强斜激波与网格线不重合等复杂流场数值模拟中保持严格的流场单调性;具有和传统MUSCL(monotone upstream-centered schemes for conservation laws)格式类似的计算效率,可以实现5阶,甚至更高阶重构;数值耗散更低,捕获更准确的激波位置,对航空工程数值模拟具有重要意义.     

三维舵面绕流的N-S方程计算研究

基于粘性非结构混合网格,采用格心格式的有限体积法,应用Spalart-Allmaras湍流模型进行绕三维舵面流动的N-S方程数值模拟。操纵面铰链力矩的计算结果与风洞试验结果的对比分析表明,计算方法对粘性流动具有良好的适应性。对舵面铰链力矩随迎角、马赫数、雷诺数变化的规律也进行了分析研究。     

Improvement of numerical methods for crash analysis in future composite aircraft design

Recent aircraft as well as rotorcraft design technologies include more and more composite materials. Their high mechanical characteristics and high mass specific energy absorption capability motivate their use in large primary structures as well as in sub-floor structural and crashworthy components in preference to metals. Due to the increased performance of computers and new explicit finite element (FE) software developments industry now considers using crash simulation technologies to study the crashworthiness of new aircraft design. In order to address the crash analysis of composite structures, which is much more difficult than the behaviour of ductile metallic structures, a German/French research co-operation was set up between ONERA and DLR. This paper summarises results from the first 3 years collaboration and some work performed within a European research project on composite fuselage structures. In the first part of the paper, ONERA presents its contribution to the characterisation of composite materials from 10⁻⁵ s⁻¹ up to 100 s⁻¹ on hydraulic machines. Simulations have been undertaken to model the tests and evaluate the FE codes. In the second part DLR studies are presented on the application of a commercial explicit FE code to simulate the behaviour of generic energy absorbing composite sub-floor elements, representative for helicopters and general aviation aircraft, under low velocity crash conditions (up to 15 m/s). This includes some comparisons between predicted structural response and failure modes with observed test results.     

二维DRAGON网格自动生成技术的研究

对重叠网格技术中新出现的Cut-Paste方法进行了研究和改进,结合网格洞边界标识的缝合与重组织技术,首次将其应用在DRAGON网格生成中,提出了二维DRAGON网格的自动生成方法,最后编制出通用程序,给出了多体网格的复杂示例.实际计算表明,本文方法具有自动化程度高、可靠性好、DRAGON网格质量高等特点.     

基于 N-S 方程的飞机风挡雨刷气动力计算

风挡雨刷在飞行过程中易出现被气流吹离复位位置、飘起现象,阻碍飞行员视野,严重影响飞行安全。选取某型机风挡雨刷作为优化对象,采用了结构、非结构混合网格的办法,在机身壁面附近生成结构化网格,在雨刷机构表面生成非结构化网格,用 Interface 面将两部分结合生成雨刷最终计算模型。利用 Fluent 软件,基于 N-S 方程和 S-A 湍流模型,采用时间平均法对不可压缩流的参数进行时均化,计算了不同飞行状态下,风挡雨刷在复位位置以不同角度停放及增加扰流板时所受气动力,对风挡雨刷的外形及停放角度进行优化,比较分析了优化前后雨刷所受气动力。仿真计算结果表明,雨刷合理的停放角度、在刷臂上加装扰流板能有效引导风挡雨刷迎风面气流的方向,从而减小雨刷迎风面所受气动力。通过试飞验证了数值计算的可靠性及优化方案的可行性,为风挡雨刷预紧力的设置及复位位置的确定提供依据。