飞行器动态稳定性参数的数值计算方法

本文提出了一种确定飞行器动态稳定性参数的数值方法。本文首先研究了气动力与飞行器运动状态参数之间的关系，在此基础上给出了稳定性参数的定义。根据这一定义并结合计算流力学和参数辨识方法，构造了计算飞行器稳定性参数的完整数值方法，数值实验表明，该方法具有通用性强和准确度较高的优点。     

D φ—ψ流线坐标系中求解跨音速绕流问题

本文提出了在一种新的流线坐标系，位函数一流函数坐系系中求解跨音速流问题的数值方法。由于跨音速流动对边界条件的变化比较敏感，现在数值计算跨音速流动已大量采用边界拟合坐标系，流线会标系也是一种边界拟合坐标系，且由于流线随着计算的进而而自动调整。因此，本方法与近来发展较快的自适应网格技术有许多相似之处。数值计算表明，本方法在稳定性和收敛性方面都比较好，与实验结果及其它数值计算结果相比，相互吻合程度令人满     

分区对接网格算法的应用研究

本文应用分区对接网格技术，由于采用了对接面上网格点完全对应的方法，能自动满足通量守恒和计算的稳定性。采用有限体积算法下的原始变量型NND格式，求解NS方程，数值模拟了复杂外形的高超声速层流流场，计算结果与实验测量符合较好。     

轴对称欠膨胀羽流流场的分离系数矩阵解法和实验研究

本文对轴对称超音速羽流流场进行了数值计算和实验研究。数值计算方法是空间步进的分离系数矩阵差分法,并用粘性和无粘分裂法处理粘性问题。同时对同轴超音速喷流进行了流场观察和测量,所得纹影照片清晰地显示了尾喷流场的详细结构。计算结果在近场与文献[1]一致,在远场与本文的实验结果基本一致。计算实践表明,与中心差分格式相比,分离系数矩阵方法的稳定性好,精度高,捕捉的激波耗散小,且无数值振荡。     

畸变对航空发动机稳定性的影响

简要地总结和对比了畸变对航空发动机稳定性影响的研究方法。以某型涡扇发动机稳定性数值计算为例,具体分析了进口动态压力畸变对发动机稳定性的影响,其计算结果与实际情况和理论分析基本一致。论证了数值计算作为一种指导和验证手段在工程应用中的重要作用。     

双组尾翼弹气动特性计算与分析

本文根据双组尾翼弹的外形特点，选用了代数网格生成方法，通过求角N－S方程，对其气动特性进行了数值计算，并对其计算结果进行了分析。由计算结果可知，此种弹的双尾翼可以为其提供一定的转速和升力，提高其静稳定性。并且此种弹已经用于型号设计。     

边界层流动的非平行稳定性研究

采用极为有效的抛物化稳定性方程（PSE）方法研究边界民支的非平行稳定性。并利用抛物线坐标变换、有限远延拓边界条件、及流向和法向全差分的数值方法，对不同频率的二维Tollmien-Schichting波的非平行稳定尾进行了计算和分析，计算结果与Orr-Sommerfeld方程（OES）的解以及谱配置方法的PSE结果作了详细的比较，得到了满意的结果。     

二维US-FDTD方法的数值稳定和色散分析

研究了二维US-FDTD方法的数值稳定性和数值色散特性。通过对增长因子的计算，证明了US-FDTD方法的无条件稳定性。利用增长因子的相位，推导出了US．FDTD方法的数值色散关系式。分析了US-FDTD方法的数值色散误差。数值分析表明，与ADI-FDTD方法一样，数值色散误差仍然是决定US-FDTD时间步长选取的关键因素。同时发现，数值色散受时间步长及网格大小的影响。     

一种简单而快速的解不可压粘性流的主变量法

本文提出了一种解不可压粘性流动的主变量法。分析了计算格式的稳定性,引入最小限度的逆风程度以保证数值解的稳定和提高计算精度。以Cavity问题作为对象进行了一系列数值试验来考察不同压力修正方案对计算收敛速度的影响。计算表明,文中提出的第三压力修正方案比目前正在被广泛采用的第一方案有效得多。应用本文提出的计算格式计算了Cavity内和突然扩张通道内的流场,并与其它数值方法和实验的结果进行了比较。结果吻合相当好。     

内外函混合加力燃烧室扩压器内液雾湍流两相流场和浓度场数值模拟

 本文用κ-ε湍流模型和液雾轨道模型,对二维内外函混合加力燃烧室扩压器内有蒸发的液雾两相流动和混合进行了数值预报。其中对气相速度场和温度场的计算结果与实验符合令人满意,液雾两相流的计算结果在趋势上也是合理的,表明本文的模拟方法可用于加力燃烧室性能估算及优化设计。     

翼型几何模型对边界层转捩预测精度的影响

对飞行器表面的边界层转捩现象进行准确地预测,是设计高性能层流翼型的关键。基于边界层数值模拟和现代CFD技术的特点,选取与SSTk-ω湍流模型相耦合的γ-Reθt转捩模型,对不同类型的翼型边界层转捩进行预测。结果表明:在转捩计算过程中出现的摩阻曲线震荡,是由翼型表面计算网格不光顺所引起的;提高翼型几何模型光顺程度能够在不同程度上提高翼型气动特性的计算精度,并能得到更加准确的转捩预测结果。     

局部凸起对可压缩平板边界层稳定性的影响

在采用直接数值模拟(DNS)方法计算得到来流马赫数为4.5的带局部凸起的可压缩平板边界层基本流的基础上,基于线性稳定性理论(LST) 进行稳定性分析,通过求解扰动方程研究了不同频率的扰动波与不同高度的局部凸起的相互作用,定义了穿透系数来研究局部凸起对流动稳定性的影响.研究结果表明:当局部凸起高度小于0.2个边界层厚度时局部凸起对来流的影响是局部的;局部凸起使频率小于最不稳定波频率的扰动波更不稳定,对频率大于最不稳定波频率的扰动波有稳定作用,其中最不稳定波频率是指局部凸起中心位置处平板边界层中第2模态最不稳定波的频率;穿透系数定量刻画了局部凸起对稳定性的影响,高度为0.2个边界层厚度的局部凸起引起e-N方法中N值的修正量达到0.8,接近转捩位置处N值的10%,在转捩预测中必须考虑.      

基于双eN方法的翼身组合体流动转捩自动判断

发展翼身组合体复杂外形流动转捩自动判断方法,对高亚声速民机自然层流（NLF）机翼设计具有重要意义。使用多块结构化网格和三维雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程求解器,耦合边界层方程求解和基于线性稳定性理论（LST）的完全双e^N方法,发展了一套可同时计及Tollmien-Schlichting波和横流不稳定性扰动诱导转捩的翼身组合体流动转捩自动判断方法。对DLR-F4翼身组合体绕流进行了转捩自动判断,将得到的转捩位置与试验结果进行比较,验证了所发展方法的正确性。使用上述方法对配置自然层流机翼的中短程民机翼身组合体外形进行了数值模拟,并将结果与单独机翼的转捩位置进行了对比,结果表明机身三维位移效应增强了自然层流后掠机翼边界层的横流不稳定性强度,导致翼根转捩位置提前至前缘区。     

颤振边界预测的系统稳定性分析方法

对颤振边界预测方法中的颤振裕度法与自回归滑动平均模型（ARMA）稳定性分析方法进行研究,采用数值仿真算例研究这两种方法受参数识别误差的影响,采用风洞颤振试验算例对比分析其预测颤振边界的有效性与准确性,结果表明:①颤振裕度法的判据受阻尼比识别误差的影响较小,相对于阻尼比识别误差更容易受频率识别误差的影响,ARMA稳定性分析方法的判据相对于颤振裕度法更易受阻尼比识别误差的影响,颤振裕度法比ARMA稳定性分析方法鲁棒性更高;②对于机翼弯扭耦合颤振,两方法的判据变化趋势相近,相差采样频率4次方的数量级,两者随着风速的增加具有平缓的下降趋势,有助于较早地预测颤振边界;③对于面内弯曲为主的颤振,ARMA稳定性分析方法比颤振裕度法适用性更好。      

一种基于动模态分解的翼型流动转捩预测新方法

考虑自由转捩的定常/非定常流动Navier-Stokes方程数值求解,对于翼型流动细节的精确模拟和气动力的精确预测均具有十分重要的意义。采用动模态分解(DMD)方法进行流动稳定性分析,再结合e N方法,提出了一套适用于翼型绕流的转捩预测新方法,称为DMD/e N方法。相比于传统的线性稳定性分析方法,DMD方法不需要求解附面层方程和线性稳定性方程,也没有引入平行流假设,具有更好的理论适用性和算法鲁棒性。开展了NLF0416、S809和SD7003等翼型的转捩预测数值验证研究,通过与实验结果以及与传统的基于线性稳定性分析的e N方法的比较,验证了本文所发展的转捩预测新方法在预测翼型的定常流动和非定常流动转捩方面的正确性,也表明了该方法具有解决含层流分离泡的翼型绕流转捩预测的能力。     

Stability analysis of an aeroelastic system with friction

In this paper, harmonic balance method, exact formulation and numerical simulation method are adopted to study the effects of different friction stiffness on the stability of 1.5 degrees of freedom aeroelastic system. On this basis, the expressions of input energy and dissipated energy are deduced, and the energy method is used to reveal the mechanisms of the stable boundary and unstable boundary existing in the system and the effects of different friction stiffness on the stability of the system. Studies have shown that the stability region and the critical aerodynamic damping ratio of the system rise with the increase of the friction stiffness, while the friction stiffness has little effect on the stability boundary. In the analysis of the stability of system, the results of harmonic balance method, exact formulation and Newmark of numerical simulation method are in good agreement. Compared with exact formulation and numerical simulation method, the concept and conclusion of harmonic balance method are simple in the system stability analysis.     

Numerical research on airfoil transition delay by alternative current dielectric barrier discharge actuation

A Dielectric Barrier Discharge (DBD) plasma actuator can create a body force which locally accelerates the base flow leading to an attenuation of broadband disturbance to delay the transition. In this study, numerical simulation on an NLF0416 airfoil is conducted to investigate transition delay and drag reduction by a DBD plasma actuator. To simulate plasma’s effect more accurately, boundary-layer data is acquired from Reynolds Averaged Navier Stocks (RANS) equations instead of laminar boundary layer equations, although RANS equations need a much finer boundary-layer grid, and the linear stability analysis method is used to analyze the boundary layer and get the transition point. In this study, the influences of different actuation intensities and positions are investigated, and results show that if the actuation intensity is stronger and the actuation position is closer to the base transition point, more drag reduction can be obtained. However, the efficiency of plasma transition delay is really low. For example, when the actuation voltage is 16 kV, the actuation frequency is 1 kHz, and the main Mach number is 0.1, the saved power due to drag reduction is about 5.09 W, but the power consumed is about 32.61 W, and the efficiency is just 15.6%.     

C-γ-Reθ高超声速三维边界层转捩预测模型

针对国家数值风洞（NNW）工程高超声速三维边界层转捩预测需求,开展了高超声速边界层横流转捩判据及模型研究。采用线性稳定性分析e^N方法对高超声速转捩数据进行扩展,结合横流强度与表面粗糙度构造当地化的高超声速横流转捩判据,对基于Chant 2.0计算平台的高超声速修正γ-Re_θ转捩模型进行了横流模式拓展,建立了适用于高超声速三维边界层横流转捩预测的C-γ-Re_θ转捩模型。采用构建的转捩模型对多状态下的高超声速尖锥进行横流转捩预测,取得了与试验结果符合较好的预测效果。     

高超声速钝楔边界层转捩大涡模拟

 以五阶迎风和八阶对称格式混合差分格式求解三维可压缩滤波Navier-Stokes方程，对来流Mach数为6.0、半锥角5°的高超声速空间发展钝楔边界层转捩至完全湍流进行了大涡模拟。时间推进采用紧致存储三阶Runge-Kutta方法，亚格子尺度模型为Driest因子修正的Smagorinsky涡黏性模型。通过定常流场入口边界附近吹／吸引入不稳定扰动斜波的方法数值模拟得到了层流失稳转捩直至完全湍流的空间发展全过程。对扰动的线性、非线性增长以及湍流斑的形成和发展进行了分析，给出了转捩及完全湍流下的速度相关量统计并与实验、DNS结果进行了对比分析，计算结果与理论及实验吻合。     

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.