Aerodynamic configuration integration design of hypersonic cruise aircraft with inward-turning inlets

In this work,a novel airframe/propulsion integration design method of the wing-body configuration for hypersonic cruise aircraft is proposed,where the configuration is integrated with inward-turning inlets.With the help of this method,the major design concern of balancing the aerodynamic performance against the requirements for efficient propulsion can be well addressed.A novel geometric parametrically modelling method based on a combination of patched class and shape transition (CST) and COONs surface is proposed to represent the configuration,especially a complex configuration with an irregular inlet lip shape.The modelling method enlarges the design space of components on the premise of guaranteeing the configuration integrity via special constraints imposed on the interface across adjacent surfaces.A basic flow inside a cone shaped by a dual-inflection-point generatrix is optimized to generate the inward-turning inlet with improvements of both compression efficiency and flow uniformity.The performance improvement mechanism of this basic flow is the compression velocity variation induced by the variation of the generatrix slope along the flow path.At the design point,numerical simulation results show that the lift-to-drag ratio of the configuration is as high as 5.2 and the inlet works well with a high level of compression efficiency and flow uniformity.The design result also has a good performance on off-design conditions.The achievement of all the design targets turns out that the integration design method proposed in this paper is efficient and practical.     

串置翼型数值模拟及气动特性分析

串置机翼构型研究自从19世纪70年代之后已经成为航空领域的一个研究焦点。研究人员发现,此种布局构型除了结构和质量方面的优势,在理论上通过改变2个机翼之间的升力分布可以使得飞机的诱导阻力有较大减少。这种非常规布局为未来飞机设计提供了一个很好的选择。本文采用二维RANS方程求解器并结合S-A湍流模型对串置翼型在±6°翼差角的不同水平相对距离组合位置进行了数值模拟计算。计算结果表明,在负的翼差角下,水平相对位置越远,串翼系统的升阻比越高;在正的翼差角下,较近的水平相对位置升阻比较高。     

带尖针杆的钝体粘性绕流的数值模拟

用无波动、无自由参数耗散的差分（ＮＮＤ）格式数值求解了Ｎ－Ｓ方程,模拟了尖锥柱与球头组合体的高超音速粘性流动;清晰地给出了激波、膨胀波、剪切层和旋涡等流动图象。计算给出的定常流场与实验图象甚为一致。通过数值模拟研究了激波、旋涡的形成和发展过程以及相互作用情况。发现分离区中的旋涡存在分叉、合并及二次分离等演变历程。钝体主激波和分离激波从开始形成到相互撞击;发展到在与分离区相互干扰下向前、向后运动和变形;最后趋于定常状态。     

用隐式多重网格法计算实用外形无粘绕流

网格展弦比的好坏严重地影响多重网格的效率。文中细致地处理了多重网格算法的细节,了网格展弦比的影响,发展了一种计算实用外形绕流的隐式多重网格解法,计算效率提高了５倍。     

基于非结构平台的DLR－F6标模阻力预测

采用自研的非结构网格解算器UNSMB进行了AIAA第三届阻力会议提供的DLR－F6翼身组合体的阻力计算验证。重点分析了模型的网格收敛特性、升阻力曲线以及压力分布等，并把计算结果与阻力预测会议上各个软件的计算结果以及试验数据进行比较，在此基础上分析计算结果。分析结果显示，非结构混合网格解算器的计算结果与各个软件的计算结果以及风洞试验数据吻合度较好，一定程度上验证与确认了解算器的阻力预测精度。     

钝前缘三角翼的高阶湍流数值模拟研究

模拟钝前缘三角翼的特殊双（内、外侧）主涡流动结构和流动分离点的情况,通过定常的RANS计算和基于SA模型的DES计算表明,计算结果与试验数据吻合度较好,可以比较准确地捕捉了三角翼的双主涡结构。同时,应用SA-DES方法可以提高漩涡的模拟精度。     

基于混合笛卡儿网格方法的可压流动数值模拟

以可压缩黏性流动的数值模拟为研究背景,发展了一套自适应混合笛卡儿网格(AHCG)方法以及基于有限体积方法的雷诺数平均Navier-Stokes(RANS)的数值求解方法.为更好地模拟边界层的黏性流动在近壁面处采用贴体结构网格,剩余计算区域自动生成与之相重叠的笛卡儿网格,并同时发展了基于流场特征的笛卡儿网格自适应技术.结合ADT(alternating digital tree)算法显著减少了网格生成中“挖洞”和“贡献单元”搜索的消耗机时,50万左右的网格数目下,搜索耗时为0.062s,仅为普通遍历方法的1/1847.通过二维圆柱与两段翼型绕流的数值算例显示,定常AHCG方法能够准确地预测物面压力分布与升阻力系数并且具备处理复杂外形的能力;同时通过二维非定常圆柱绕流问题与NACA0015矩形机翼翼尖尾涡的捕捉算例显示,结合了动态自适应网格加密的非定常AHCG方法尤其适用于旋涡主导流动.      

乘子罚函数法在航天飞机机翼外形优化设计中的应用

本文采用乘子罚函数法,在满足高超声速配平和低亚声速进场着陆的要求以及几何约束条件下,寻求在不同重心位置时使航天飞机机翼质量极小的气动外形。计算结果表明,航天飞机机翼外形优化设计具有重要意义。     

高超声速再入飞行器气动特性的快速预示—局部方法的推广应用

本文将计算高超声速稀薄气流过渡领域中气动特性的局部方法,推广应用到连续介质中弹头型高超声速再入飞行器气动力特性的快速估算。由激波风洞中M_∞=9.9时,一个8°钝锥的气动力测量结果,导出这一实验条件下的领域系数,并以此来估算不同锥角、不同钝度比及不同外形弹头型再入飞行器的气动力和力矩系数,其结果与无粘数值解及实验结果作了比较,在攻角2°～14°范围内吻合得很好。局部方法可用于弹头型高超声速再入飞行器气动特性的快速预示。     

用全位势方程计算细长翼-身组合体的可压缩绕流

用Ｈ－Ｏ网格、守恒型全位势方程、差分和隐式近似因式分解迭代算法计算绕大后掠细长翼－身组合体的可压缩流动。对ＡＧＡＲＤ－Ｂ翼－身组合体的计算表明,计算的自由流Ｍａｃｈ数可从亚音速直到低超音速。算出的升力与力矩特性与实验数据符合较好