耦合Navier-Stokes方程的可压缩边界层数值求解

为了在Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS)方程计算中耦合eN方法进行转捩判断,在RANS方程求解过程中耦合求解了可压缩层流边界层方程为判断转捩提供了精确、可靠的边界层信息.利用等熵关系由RANS方程求出的物面压力分布确定边界层外边界的速度分布,进一步确定出边界层外边界.边界层方程的求解使用Keller提出的二阶BOX方法.为了验证方法求解边界层方程的正确性,在低速流动状态下将计算结果和XFOIL的计算得到的边界层解进行了比较,二者吻合较好.     

轴对称不可压层流粘性管流的数值计算

本文将N-S方程转换为流函数方程、涡度方程和压力方程并用于管流计算中。方法的基本特点是,通过衰减函数把局部解析解川于差分方程,从而保证了解的稳定性和精确度,提供了在中等机器上求解N-S方程的可能性。     

基于N-S方程的直升机旋翼翼型反设计方法

为了在实际旋翼翼型设计中考虑粘性影响,采用N-S方程为主控方程,建立了旋翼翼型流场求解方法。使用以Poisson方程为控制方程的网格生成程序生成围绕旋翼翼型的N-S粘性贴体网格,该网格生成程序能在反设计迭代过程中自动更新过渡翼型的粘性网格。在翼型流场计算及网格生成基础上,采用了MGM方程作为翼型反设计方程,建立了一套能够考虑粘性影响的直升机旋翼翼型的反设计方法。应用该方法,分别对二维NACA系列翼型、OA系列翼型、超临界翼型进行了反设计分析,获得了满足要求的二维旋翼翼型,并与目标值(压力分布、升力系数、阻力系数、力矩系数)吻合良好。     

非惯性非正交曲线坐标系中的边界层方程

应用张量分析方法将 N-S方程写于作非惯性运动的非正交曲线坐标系中 ,然后用匹配渐近展开法导出此坐标系中的边界层方程。消去压强项后 ,与惯性坐标系中的边界层方程相比 ,非惯性系中的边界层方程在 x1和 x2 方向的动量方程中分别只多了一哥氏力项 ,它们是由物体转动角速度的物面法向分量产生的 ,其它惯性力项均不进入边界层方程。方程中所含曲线坐标系的拉梅系数及其导数只需在物面上取值 ,物面曲率影响不进入边界层方程     

可压缩流动SIMPLE算法压力修正方程边界条件处理探析

可压缩粘性流体Nivier-Stokes方程SIMPLE算法求解中压力修正方程起着关键的作用.提出从连续性方程本质出发确定压力修正方程边界条件的方法.通过对双圆弧(凸包)通道内流场的计算验证了方法的正确性.     

紧致格式数值模拟超音速粘性绕流问题

通过数值求解可压Navier-Stokes方程的方法计算了球锥粘性绕流问题。方程中粘性项按通常办法逼近,为改善收敛速度利用了文[1,2]中之算子附加修正方法。方程中之流向导数利用了四阶精度的紧致差分。这是由于该方向上流动参量光滑和边界条件易于处理的缘故。在法向方向上利用了中心差分。对差分方程之隐式部分利用了近似因式分解法。由于选用了文[3]中之特殊Jacobiall系数矩阵分裂法而使计算工作量大为减少。用这种方法计算了超音速粘性绕流问题。计算结果与实验结果相符很好。     

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。     

基于动态边界控制的气动优化设计方法研究

本文根据控制变形物体边界变化的思想,建立了一种基于动态边界控制的气动优化设计方法,此方法通过在求解非定常流动方程过程中计算设计目标函数随设计变量变化的敏感性导数,这样在优化过程中不再需要求解定常流动方程,或共轭方程,从而使得优化过程得到简化并且便于在不同条件下应用.文中以二维翼型为例,用非定常欧拉方程为基本流动控制方程,针对两种优化设计问题,开展了翼型的优化设计,取得了良好的优化设计结果.     

低速叶型气动反问题设计方法

 低马赫数不可压流动中声速与流速大小差别巨大,采用基于可压缩流动控制方程的计算格式求解流场时,由于数值黏性的污染,解的精度低且收敛性差,通常可使用时间预处理技术来解决这一问题。在基于控制理论的优化方法中,共轭方程的Jacobian矩阵和流动方程的系数矩阵相似,因而在低流动马赫数下,求解共轭方程存在着与求解流动方程相同的数值污染和数值刚性问题。首先推导了带有预处理的Roe格式,然后发展了适合全速度流动的共轭方程求解方法,最后选取翼型和叶栅两个典型算例进行了验证。计算结果表明所发展的方法可很好地用于低马赫数时的气动反问题设计。     

低马赫数流动中的预处理Euler方程的收敛特性

对预处理后Euler方程在低马赫数流动数值模拟中的收敛特性进行了细致研究。首先采用量级分析法研究了Weiss-Smith预处理方法对低速情形下Euler方程收敛性的影响;然后针对低速情形下预处理后的Euler方程组中各方程的收敛性,提出了一个改进的预处理矩阵。数值模拟结果表明：Weiss-Smith预处理方法可以很好地改善Euler方程在低速流动时的收敛特性,并且改进后的预处理矩阵在连续方程的收敛特性方面效果明显。     

基于飞行仿真平台的相关坐标变换模型

飞行力学中相关的飞行器运动方程都是在地面坐标系中建立的,地面坐标系的前提假设"平面大地"与地球表面具有曲率不符,经纬度能真实反映飞行器的飞行情况,但不能直接运用于飞行器运动方程.针对以上情况,提出了能够运用于地面坐标与经纬度相互转换的模型.在飞行仿真平台上,由飞行器运动方程建立相关的飞行机动动作模型,再由提出的坐标变换模型将运动方程中的相关参数转换为经纬度.实验结果表明,坐标变换模型是合理的,具有实用性,能运用于相关的飞行仿真平台中.     

固体中脉冲超声波传播的有限差分模拟

脉冲超声波传播过程的模拟研究对实际超声检测的信号分析具有重要的借鉴意义。对弹性固体中的声场方程应用时域有限差分法,进行了二维声场特性研究。通过完全匹配层方法对截断边界的吸收处理,解决了无限自由空间的计算问题。模拟计算表明该方法可用于各向异性介质的分析。分析了液固耦合情况下的超声波传播特性,取得了与光弹法物理试验相一致的结果。通过与平底孔试块实际缺陷回波信号的对比,验证了脉冲超声波有限差分法模拟计算的有效性和正确性。     

基于Hamilton-Jacobi方程的编队飞行控制

 针对椭圆参考轨道的编队飞行控制系统,基于哈密尔顿 雅克比（Hamilton-Jacobi）方程,给出一种新的生成函数半解析近似解的计算方法,同时推导了编队飞行控制系统相对运动的线性状态转移矩阵,并且验证了模型的精度。在此基础上,结合一个具体的编队飞行任务,采用线性规划算法得到了队形保持的闭环控制器,该算法得到的是脉冲形式的控制序列,因此更具有实际意义。同时还提出了一种简单的避免生成函数奇异点的方法,从而减少了生成函数间相互转换所带来的计算量。最后的非线性仿真结果验证了控制方法的有效性。     

风扇/增压级内外涵联算的特性数值模拟

提出了一种风扇/增压级内外涵联算的多转速全工况快速特性预测的计算方法.该方法将模化的叶片法向力和摩擦力引入周向平均形式的Euler方程组源项,结合NASA SP-36提供的攻角和落后角确定方法以及Koch稳定边界模型,对高负荷跨声风扇级以及某双涵道大涵道比的风扇/增压级进行了特性数值模拟,并与实验和三维数值模拟结果进行了比较.结果显示周向平均方法基本满足风扇/增压级初期气动设计快速特性预估的工程精度要求.      

一种不需要迭代的发动机辅助变量建模方法

现代航空发动机建模计算时常用牛顿迭代法求解非线性方程组,但由于发动机模型非线性太强且十分复杂而不易在全包线收敛。本文针对这一不足之处提出了一种不需要迭代就可以求解此非线性方程组的方法:引入航空发动机容积动力学中的变量及方程作为辅助变量及辅助方程,从而使整个非线性方程组闭合而可以直接求解。本文将此方法成功应用于某涡扇发动机,取得了良好的效果,验证了本方法的可行性。      

多体全自由飞过程的数值模拟

以三维非结构粘性直角网格重构为构架,数值求解了固定空间网格瞬间运动边界的N-S方程,逼近了流场的非定常过程,结合六自由度的弹道方程,对单体或多体运动过程进行了全自由飞数值模拟,数值模拟结果和级间分离的风洞自由飞试验进行了对比,初步的计算结果说明,全自由飞数值模拟在一定程度上可以描述风洞试验的飞行轨迹,并且适应能力更强,整个全自由飞数值模拟系统可以为更复杂的单体机动飞行或多体运动过程提供快速实用的数值模拟方法.     

双轨火箭橇全时程动力学仿真分析研究

随着用于武器系统的新理论、新技术和新材料的发展,火箭橇的应用越来越广泛。本文针对双轨火箭橇系统,建立了橇轨-滑车系统的动力学分析模型。建立了橇车三维实体模型的简化与优化匹配方法,推导了考虑阻尼、橇轨间隙以及不平顺度的火箭橇运动动力学方程组并进行了求解。对于橇车动态特性计算问题、橇车设计与载荷预测,具有重要的理论与应用价值。     

合排气二元收敛喷管与发动机流量匹配设计方法

发展了一种基于喷管三维黏性数值分析的内外涵气流质量流量匹配设计方法.该方法主要是通过建立以喷管待定几何参数为未知量的非线性无量纲内外涵气流质量流量匹配方程组,然后采用逐步线性迭代法结合喷管三维黏性数值分析对该非线性方程组进行求解,得到满足发动机内外涵流量匹配的喷管设计方案.通过数值算例验证分析,结果表明：①该方法可以快...     

基于浸入式边界法的叶栅颤振数值模拟

基于浸入式边界法建立了求解振荡叶栅非定常流动的快速计算模型,并在模型中添加湍流模型,使之能够考虑更加接近实际流动的情况。具体的方法是求解目前为止最常用的雷诺时均Navier-Stokes方程并添加低雷诺数湍流模型(Lam-Bremhorst模型,k-ε模型的一种)进行计算,为了验证该方法的正确性,分别对层流边界层和湍流边界层进行了数值模拟,计算结果与布拉修斯解和壁面率吻合得很好,证明了湍流模型的可靠性。在此基础上,对高雷诺数条件下的振荡叶栅进行了数值模拟。结果表明,折合速度是影响叶栅振荡的重要因素,这与层流计算的结论类似。值得注意的是耦合过程没有生成贴体网格,减小了计算时间,可以准确快速地模拟真实的叶栅流动情况。     

协方差分析描述函数法在终端航空武器投放动态仿真研究中的应用

 以终端航空武器系统空对地武器投入为例,研究和分析了协方差分析函数法在常规武器投放统计性能计算中的应用,建立了空－地武器投放数字仿真的均值方程和协方差方程,引入了弹着点传递矩阵,并与统计试验法比较了弹着点误差的统计特性。