高阶面元法计算多段翼型之位流

本文给出了一种求解多段翼型位流的高阶面元法。面元和奇点的分布分别采用了二阶和三阶的形式。由于高阶面元法较为精确地反映了绕流体的几何形状和奇点表面分布,本文给出了比低阶面元法更为精确的解,并且消除了低阶面元法计算中经常出现的翼型后缘处解的波动。     

Dirichlet边界条件低阶面无法的改进

对基于内部Ｄｉｒｉｃｈｌｅｔ边界条件的低阶面元法的速度分布提出一个改进算法。由极限过程结合高阶奇异积分的解析计算直接计算物面速度分布取代传统的偶强梯度法,以避免偶极强度边缘外推的困难。改进算法改善了ＶＳＡＥＲＯ分析中诱导阻力系数估值过低的问题。对后掠翼、前掠翼和翼身组合体等算例的计算表明,计算结果的准确度与高阶面元法相近。此外,直接积分法还可正确地计算外部流场速度分布。这是偶强梯度法不能完成的。     

亚声速机翼快速摄动面元法

在内部Dirichlet问题提法的面元法基础上，用解析法求几何外形摄动导数（偶强密度对机翼外形坐标的敏感性偏导数），从而快速确定机翼表面压力分布、升力系数和俯仰力矩系数。由于本文以偶强密度常值分布的低阶面元法为基础，故比以偶强密度二次分布的高阶面元法为基础的摄动面元法在最费机时的偏导数矩阵计算上要快一个量级，而由于以符合流场特性的物理内插代替加权几何内插，两者在确定物面压力分布时准确度却基本一致，此外，本方法对内存要求较低，可处理较相应高阶方法更多的面元数。     

高阶面元法中的连接条件和相关控制点的选取方法

本文针对高阶面元法在复杂组合体中的应用,发展了相关控制点的选取方法和网片连接条件。应用该连接条件和相关点选取方法,计算复杂外形的飞机气动力,在部件连接部取得了较满意的结果。本方法实用、灵活,工程应用性较强,能适应不同的气动布局。     

复杂组合体气动力的高阶面元法数值计算

本文论述了采用高阶面元法计算包括机身、机翼、尾翼、挂架、外挂物在内的复杂组合体的亚音速气动力。复杂组合体分解为若干部件,每一部件以若干网片描述,并剖分为有限数目的面元。本方法中以一个或多个平面多边形近似曲面面元。在每一个面元上布置二次偶极子奇性分布,利用边界条件建立确定偶极子强度的线性方程组,从而接得偶极子强度并计算所需要的气动力参数。     

机翼／机身低亚声速最大升力系数预测方法

本文研究了大展弦比机翼／机身低亚声速最大升力系数的半经验预测方法。该方法采用便宜可靠的势流面元法／分离泡／边界层粘性耦合技术与最大升力状态下流动现象的观察经验（压力偏差律）相结合。其中势流面元法采用第二代低阶面元法，每个面元上常值源汇和常值仍极子奇点分布；机翼后缘分离流采用简单有效的虚拟固体边界包围分离区模拟方法。它包括二维和三维间的信息交换，以及粘性／势流间的耦合迭代。ＧＸ－Ⅱ机翼／机身算例表明该方法能够计算机翼／机身详细的亚声速气动载荷和表面压力分布。计算的Ｃｌ－α曲线结果与实验数据有较好的一致性。     

增升状态下的全机位流数值模拟

研究了势流理论下的全机增升装置复杂外形气动力数值计算方法,该方法以低阶面元法为基础,具有计算量小、速度快的优点.复杂流动的粘性效应主要通过附面层粘性修正技术加以体现.采用该方法对某增升装置翼身组合体外形压力分布特性进行计算,并和风洞实验数据相比较,验证了方法的正确性和实用性.在此基础上对某型飞机真实复杂外形的压力分布特性进行了计算,为复杂外形飞行器增升装置的初步设计、方案选型与评估提供了非常理想的工程技术手段.     

完全非定常气动力计算的新途径

 本文提出了一种亚音速、完全非定常机翼气动力的数值计算方法（暂称为“势差法”）,该方法对于机翼所作的任意运动,能在时间域内计算出气动力和空间速度场的变化规律。算例结果表明势差法计算结果与其它方法计算结果和实验值是一致的。     

用粘流—无粘流相互作用方法计算翼型的分离和失速

本文用势流－边界层相互作用方法计算低速翼型的分离和失速。势流用对称面元法。边界层用改进的滞后掺混法，考虑了高阶项影响，适用于计算分离。文中对粘流－无粘流耦合方法作了改进，改进的半反－局部联立耦合方法。考虑了相邻点之间的作用，收敛性较好。计算了ＮＡＣＡ４４１２翼型在不同迎角下的压力分布和气动力。计算结果与实验符合良好，算例表明，翼型高升力状态计算必须包括尾流的作用，也应用对势流计算压力与实际压力之间     

一种高效高精度的气动弹性结构优化方法

气动弹性结构优化技术主要包括约束求解和优化算法两个方面的内容。针对常用的基于低阶面元法的静气动弹性分析方法计算效率高但精度低的特点,建立了一种高效高精度的基于高阶面元法的静气动弹性分析方法。针对当前气动弹性结构优化技术使用单一优化算法导致搜索精度低、收敛速度慢等特点,将遗传算法和分形算法进行结合,发展了一种遗传/分形混合算法。针对气动弹性结构优化计算时间长、设备要求高等特点,引入了Kriging代理模型方法来加快优化速度,减少时间和设备的耗费。最后以某大展弦比客机机翼为算例,采用基于高阶面元法的静气动弹性分析方法求解约束响应样本,用Kriging代理模型方法对约束响应进行模型构建和预测,并将Kriging代理模型和遗传/分形混合优化算法进行结合,构建了一种高效高精度的静气动弹性结构优化方法。优化分析结果表明,Kriging代理模型在静气动弹性响应预测上具有很高的精度,平均误差均在5%以下,副翼效率预测的平均误差甚至低于1%;遗传/分形混合算法相比于单一的遗传算法具有更快的收敛速度和更强的全局寻优能力。     

用粘流－无粘流相互作用方法计算翼型的分离和失速

本文用势流－边界层相互作用方法计算低速翼型的分离和失速。势流用对称面元法。边界层用改进的滞后掺混法，考虑了高阶项影响，适用于计算分离。文中对粘流－无粘流耦合方法作了改进。改进的半反－局部联立耦合方法，考虑了相邻点之间的作用，收敛性较好。计算了ＮＡＣＡ４４１２翼型在不同迎角下的压力分布和气动力。计算结果与实验符合良好。算例表明，翼型高升力状态计算必须包括尾流的作用，也应当对势流计算压力与实际压力之间的差别进行修正。     

面元法求解的一种新尝试

如何提高面元法的求解效率是面元法应用研究的一个重要课题。本文利用面元法积分核的变量分离技术及网格组合的网片串技术,对飞机气动力计算方面应用颇广的求解技术做了一定的改进,提出了一种面元法的快速算法,从在DEC7620机上运行的一个实例来看,其结果是令人满意的。     

基于黏性涡粒子尾迹模型的高速直升机配平特性分析

刚性旋翼高速直升机旋翼间复杂的尾迹干扰作用会影响其配平特性。针对这一问题，本文采用黏性涡粒子方法来精确计算上下旋翼复杂尾迹流场下的诱导速度，桨叶环量则采用涡面元法进行求解，两种方法耦合建立了尾迹模型。基于此尾迹模型进行高速直升机飞行动力学建模，包括结合刚性旋翼挥舞运动模型和变距操纵模型的旋翼尾迹气动力建模、机身以及平/垂尾气动力建模。同时与风洞试验结果对比，先验证了旋翼气动力模型的准确性，在此基础上，以XH-59A直升机为研究对象，计算得到了0～80m/s速度下的配平特性结果，与飞行试验数据对比良好，验证了飞行动力学模型的有效性。最后分析了悬停及低速前飞时旋翼间尾迹流场干扰对全机配平特性的影响。     

低速发动机短舱压强分布计算

应用第二代面元法对发动机短舱的压强分布进行了计算。计算结果表明其精确度与第一代高阶面元法相当;并可避免第一代面元法计算内流时出现的“泄漏”(leakage)问题。该方法具有节省机时和便于复杂外形应用的特点。     

多段翼型分析和反设计位流计算

本文采用第二代低阶面元法给出了多段翼型分析和反设计位流计算方法。按照曲率变化情况划分板块可很好地提高计算效率。     

机翼大迎角气动力的快速算法

在定常势流 Green函数方法计算位流气动力的基础上 ,应用前缘吸力比拟法计算机翼大迎角气动力 ;并考虑了涡破裂所产生的影响。计算结果与实验结果吻合良好 ,为高机动飞机初步设计提供了一种快捷、准确的气动力计算方法     

亚、跨音速机翼携带外挂物气动力干扰的混合差分计算

本文应用跨音速、定常、小扰动势流的混合差分方法,计算了机翼—挂架—外挂物气动力干扰。利用线超松弛改进迭代方法,在物理空间网格点上满足x向大扰动速势方程,在物面上满足精确的边界条件,在涡面上满足库塔条件,远场处取速势方程的线性解。计算网格点上的速势值ψ、下洗速度ψ_y、侧洗速度ψ_z:的分布,以及所有部件、组合体的压强分布、气动力系数,及机翼、外挂物各自所受的气动干扰量。 本程序用BCY语言在上海华东计算技术研究所655机上进行计算。文内三个算例均得到收敛或接近收敛的结果。与可以找到的风洞实验比较尚一致。     

基于修正面元法的机翼焦点位置变化研究

针对静气动弹性问题中机翼焦点位置求解精度与效率的矛盾,提出采用分段斜率修正面元法来计算气动力,该方法以刚体机翼在不同迎角下的CFD数据作为修正基础,对弹性变形后的机翼下洗采用分段修正,克服了传统面元法无法考虑非线性因素的缺点。通过M6机翼气动焦点位置的计算表明:相对于CFD方法,该方法保持了较高的准确度并且计算效率较高;相对于传统面元法,该方法能够准确地计算焦点位置和弹性机翼焦点位置变化量,适用于工程设计。     

机翼平面形状参数摄动面元法

在内部Ｄｉｒｉｃｈｉｅｔ边界条件的基础上,藉助于对奇异积分的解析微分,可用解析法计算偶强密度对机翼平面形状乡数的敏感性偏导致（建立一般敏感性方程所需）。机翼平面形状参数摄动后其偶强分布即可藉线性外推得出。从而,压力分布、升力和俯仰力矩系数即可快速确定。振动面元法与相应的低阶面无法计算结果表明,该方法有良好的准确度且使计算工作量大大减少（摄动外推所需ＣＰＵ时间比相应的低阶面元法少两个量级）。     

适用于整体求解吊舱推进器的定常面元法

为了方便开展吊舱推进器设计和混合式CRP(Contra-Rotating propeller)的面元法分析,提出了一种将吊舱和螺旋桨作为整体进行定常面元法求解的可行办法,对相关的面元法基本积分公式进行了分析,说明了定常面元法整体求解的结果与实际结果之间的关系。从吊舱桨尾流区的实际流场状况和计算效果出发,分析了整体求解吊舱推进器的面元法尾涡模型,并对此种尾涡模型的修正予以详细说明。在进行相关的理论分析后,编制了整体求解吊舱推进器的定常面元法程序,对吊舱推进器进行计算分析,并与试验结果和RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方法计算结果进行了对比,最后对本文所提出的定常整体面元法求解方法进行了误差分析。计算结果表明,整体面元法求解吊舱推进器的误差与试验值相比在5%以内;在计算耗时方面,将吊舱和螺旋桨分开的迭代求解面元法是整体求解面元法的1.7倍。