非结构网格通量重构算法下三种紧致WENO限制器对比研究

在通量重构算法框架下对比研究了3种最新提出的用于间断伽辽金算法的紧致型WENO(weighted essentially non-oscillatory)限制器，即简单WENO限制器、p阶加权WENO限制器和多精度WENO限制器。这3种WENO限制器能够较高精度地模拟流场并捕捉激波，其紧致性在于问题网格单元中的重构只涉及问题网格单元及其相邻网格单元。同时，使用保精度的保正限制器用以避免可能出现的非物理的密度和压力负值。最后，采用非结构四边形网格在双马赫反射、激波与涡相互作用、激波反射、黏性弓形激波和激波与层流边界层相互作用等多个二维算例中，对这3种WENO限制器进行分析比较。结果显示：多精度WENO限制器与p阶加权WENO限制器能够高精度模拟流场并捕捉激波，同时一定程度抑制通量重构方法本身在激波附近的数值伪振荡；p阶加权WENO限制器与多精度WENO限制器相比，其稳态收敛性相对更好；简单WENO限制器则性能较差。根据以上研究，提出亟须发展能够使高阶WENO限制器在稳态问题中收敛的间断探测器。     

大迎角限制器设计与飞机敏捷性

在介绍高机动性飞机大迎角限制器和飞机敏捷性要求的基础上，以典型战半机为例，计算了飞机的敏捷性尺度，根据计算结果进一步分析大迎角限制器对飞机敏捷性的影响，并以空战周期时间为例，说明迎角限制器参数的选择应兼顾飞机的敏捷性与飞行安全两方面。     

大型飞机迎角/过载限制器设计

根据典型大型飞机迎角/过载限制器的特点,提出了两种采用积分控制来减小静态误差的大型飞机迎角/过载保护方法,即最大值切换逻辑和加权过渡逻辑方法,深入研究了如何设计迎角/过载限制器参数,探讨了采用以上两种不同方法来进行迎角与过载限制器切换的优劣,系统仿真结果证明了所设计的限制器的有效性。该项研究为我国未来大型飞机如何设计迎角/过载限制器提供了部分理论依据。     

跨声速压气机数值模拟格式效应研究

针对跨声速叶轮机械复杂内部粘性流动,开发了全三维高精度RANS数值求解器。分别采用FVS格式与AUSM+格式结合多种限制器对Rotor 67跨声速压气机转子进行数值模拟,分析和比较了各格式的计算效果并与试验结果对比。结果表明:与FVS格式相比,AUSM+格式的数值粘性更小,边界层的模拟精度更高;Hemker限制器的综合表现最优,Van Albada限制器的粘性分辨率略低于Hemker限制器,Minmod限制器对流动分离现象的捕捉能力较差,Van Leer限制器容易引入色散误差。     

迎角过载边界限制器的设计方法

介绍了迎角过载边界限制器的意义、设计要求和一些有代表性的国内外飞机的边界限制器设计方法。边界限制经历了硬限制、软限制、反馈限制和比较逻辑反馈限制几个阶段。分析了这些设计方法的优缺点,并对比较逻辑反馈限制器的设计方法进了理论推导,提出了这类边界限制器重要参数的确定方法。     

非结构网格限制器研究

研究了6种限制器形式及其参数计算方法,其中新的自适应VenkatakrishnanM限制器能够根据当地流场特征自动调节参数从而实现不同区域不同特性.数值试验表明:非结构网格限制器对邻居集合选择方法较敏感,其中共面法比共点法精度高约15%;高马赫数时压缩型限制器比耗散型限制器计算精度高约10%~40%;参变量算法中,方向梯度法得到的流场比增量法平滑;自适应VenkatakrishnanM限制器能够模拟复杂超声速流动.      

电传飞机迎角限制器试飞验证方法研究

电传飞机迎角限制器是大迎角飞行控制律的重要组成部分,迎角限制器功能可以有效地保证飞机的飞行安全。GJB3814-1999中对于迎角限制器的验证提出了明确的要求,在试飞中必须针对迎角限制器开展飞行验证。根据某型飞机的气动特性、控制律设计原理,开展了飞行仿真试验验证,提出了合理的试飞方法,制定了合理的测试方案和试飞方案。在试飞过程中循序渐进地开展试飞,有效地规避了意外进入失速尾旋等试飞风险,保证了试飞安全,全面验证了某型飞机的迎角限制器功能的可靠性和有效性,为电传飞机迎角限制器试飞提供了技术支持。     

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。     

电传飞控系统的功能与关键问题及发展

综述了电传飞控系统的主要功能（放宽静稳定度、改善飞机飞行品质，自动协调滚转、迎角限制器、自动配平、自动防偏离和制止惯性耦合等），着重阐述有关放宽静稳定度，改善飞机飞行品质，绕稳定轴滚转，迎角限制器，制惯性耦事及自动防偏离等问题。还就研制飞控系统的几个关键技术进行了论述。最后概述了有关过失失速机动控制与推力矢量，以及飞控－火控－推力控制一体化等技术。     

迎角限制器对高机动性能飞机的动态特性影响

本文采用了两种不同的飞机动力模型——线性和非线性模型研究了迎角限制器对飞机机动动态特性的影响。研究结果表明,迎角限制器可以有效地改善飞机的稳定特性。有利于充分发挥飞机潜在的机动性能,但同时对空—空跟踪性能也会带来一定的不利影响。     

战斗机敏捷性管理系统

阐述了设计敏捷性管理系统的必要性,介绍了传统大迎角限制器,分析了其存在的不足,在基础上,介绍了国外关于敏捷性管理 研究情况,包括敏捷性管理系统的基本概念,管理模式,设计中应注意的问题,分析结果表明,敏捷性管理系统有助于提高飞机的作战效能并可减轻驾驶员的负担。     

角度-空间间断有限元的热辐射限制器

由于航空发动机内高温热端部件是非规则形状的，其中的热辐射过程存在明显的间断遮蔽效应，如何实现该过程的精准模拟是一个挑战。采用间断有限元对辐射传递方程中角度和空间计算域进行离散，并基于分层限制的思想在角度和空间单元上引入巴斯-叶斯帕森限制器，对辐射强度数值解在角度和空间上的非物理振荡进行抑制。通过与文献中有限体积法和蒙特卡洛辐射模型的结果对比，证明了方法的有效性。此外，通过与辐射强度在角度上的解析解对比，验证了该限制器可以抑制辐射间断效应造成的数值振荡，消除辐射强度的非物理解。实现了任意空间位置上辐射强度在角度方向上的三维刻画。      

加权梯度限制器在节点DG格式中的应用

在使用节点间断Galerkin (DG)方法求解存在激波的流动问题时,为抑制Gibbs效应导致的非物理振荡,对一种加权梯度限制器进行研究,在二维非结构网格上对定常欧拉方程求解.限制器以原始变量作为限制对象,对其梯度进行限制,以加权形式进行重构.对翼型的跨音速流场、超燃冲压发动机内流场和前台阶模型流场进行模拟,结果表明限制器能很好抑制间断解附近的非物理振荡,有效避免计算中断,体现了DG格式精度高、对间断捕捉敏感的特点.     

通量限制器与LED性质、空间离散精度

本文从标量形式的ＵＳＬＩＰ格式出发,从理论上分析了通量限制器与ＬＥＤ性质和空间离散精度的关系。利用Ｒｏｅ平均矩阵的Ｕ特性和广义数值Ｒｉｅｍａｎｎ不变量的概念,将此类格式应用于二维翼型跨声流场的数值模拟,针对提供的来流条件,考查了不同的通量限制器对流场计算精度的影响。     

高超声速压缩拐角湍流计算的收敛性分析

应用基于shear stress transport(SST)湍流模型的隐式紧耦合方法对高超声速压缩拐角流动进行了数值计算.考察了差分格式、限制器以及湍流时间步长等7个因素对湍流计算过程稳定性和收敛性的影响.结果表明:差分格式和限制器对收敛性有很大影响,总体而言耗散性越大的差分格式和限制器收敛性越好;增加湍流时间步长对收敛性影响很小;适当降低湍流变量最低限制值有利于湍流方程的收敛;增大Courant-Friedrichs-Lewy(CFL)数和隐式内迭代次数可显著加速收敛,但均存在最优值,超过最优值则加速效果不明显.      

具有迎角／过载限制器的俯仰增稳系统控制律的研究

本文以JJ-6飞机为例,研究了采用具有迎角/过载限制器的俯仰增稳系统对该机在大迎角下稳定性和操纵性的影响.并根据该机在大迎角下的偏离/失速运动机理,探讨系统中限制器边界值确定的原则。研究结果表明,该系统具有抗偏离/失速的能力,进而可以防止尾旋发生。但在大迎角下过大的横侧操纵,飞机仍能进入尾旋运动。     

现代飞机失速／过失速／尾旋飞行试验技术

概要介绍了现代飞机失速／尾旋研究的途径，失速／过失速／尾旋试飞验证的目的，试验方法和测试要求，较详细地介绍了现代飞机失速／过失速／尾旋试飞验证的程序和步骤，对装有迎角限制器飞机特殊要求，应急改出尾旋装置的安装使用以及与安全有关的一些注意事项。     

激波／边界层干扰数值模拟的格式效应

用不同的数值格式,包括Ｒｏｅ的ＦＤＳ格式和ｖａｎＬｅｅｒ的ＦＶＳ格式并配备不同限制器,求解二维Ｎ－Ｓ方程,模拟研究了激波／边界层干扰的流动问题,分析了模拟出的流动现象,仔细研究了其中的格式效应,得出同前人不尽一致的结论：ｖａｎＬｅｅｒ格式对限制器的依赖性比Ｒｏｅ格式更强;在本文情况下,ｍｉｎｍｏｄｌｉｍｉｔｅｒ的激波、膨胀波的分辨率比ａｌｂａｄａｌｉｍｉｔｅｒ还好     

一种基于间断Galerkin格式的新型限制器设计

使用高阶间断Galerkin格式求解守恒律方程组时,激波附近的Gibbs效应容易导致非物理解的产生。为抑制这一现象,必须构造合理的限制器对数值解进行处理。目前间断Galerkin格式中的限制器多源于有限体积法,在非结构网格上只对低阶导数项进行限制,对高阶导数项则很难给出普适判据。文章对间断Galerkin解进行广义Fourier展开,实现不同频域范围内的谱分解;在新的模板坐标系下描述各阶方向导数的变化规律;结合当前单元和相邻单元的信息,分层限制各阶方向导数,实现对非物理解的抑制。通过求解Euler方程,对二维Riemann问题、翼型周围的亚、跨声速流动问题、前台阶问题以及超燃冲压发动机内流场激波反射问题进行数值模拟,检验了新型限制器的可靠性以及向高阶格式推广的可行性。     

MUSCL格式在跨声速转子流场计算中应用

以工程应用为背景,采用Spalart-Allmaras湍流模型和LU-SGS隐式解法,开发了基于MUSCL格式的CFD程序,并将程序应用到压气机跨声速转子内部流场的数值模拟中,研究了5种差分格式限制器的计算效果.与Rotor 67和Rotor 37转子试验数据的对比表明:当程序采用VanLeer限制器,且入口湍流粘性取值约为3.6倍的分子粘性时,收敛效果最好,能较准确地模拟出流场的总性能参数和激波结构.