亚跨超CFD软件平台研制

亚跨ＣＦＤ软件平台研制的宗旨是综合国内外计算流体动力学的最新研究成果，用计算机软件技术的新发展，建立一个面向对象的计算流体动力学的研究开发环境，加快计算流体动力学最新成果向工程应用的转换速度。本文介绍初级版本的研究进展和研究成果，主要匝数值网格生成技术，流场解算器，面向对象的界面设计等三部分组成。     

基于图剖分的多块结构网格负载平衡方法

负载平衡是影响并行计算性能的重要因素。针对多块结构网格,给出了一种改进的多层次图剖分负载平衡方法。该方法设计了新的网格剖分算法,采用改进的子块分裂方法与图剖分算法的循环调用实现结构对接网格剖分,并通过建立不同物体重叠网格间的连接关系,实现了结构重叠网格的负载平衡。采用2个典型算例对方法进行了对比验证,数值结果表明,子块分裂方法对剖分结果具有重要影响,采用循环调用算法及改进的子块分裂方法能有效地实现计算负载均衡及通信量优化,同时显著减少了网格块数及因虚网格导致的内存需求,有利于提高并行效率。该负载平衡方法与网格拓扑无关,适用于多块结构对接网格及重叠网格,且整体型剖分方式对于多块结构重叠网格具有更好的剖分效果。     

火箭气动设计集成平台中FASTRAN的二次开发

针对火箭设计过程中的气动特性计算,对计算流体力学软件FASTRAN进行二次开发。在C++语言环境下编写火箭气动设计平台中FASTRAN自动化批处理模块。用户使用此模块输入作业的关键参数,自动批量生成脚本文件,并从后台加载计算进程,使用脚本功能自动控制参数设置和计算过程,完成后导出气动力与气动载荷数据,以内置格式自动生成结果报告。这一过程代替人工操作,减少了工作量,提高了设计效率。以两种火箭构型为例,计算并分析得出不同状态下的升、阻力系数和压心位置随马赫数的变化规律。计算结果与实验数据吻合良好,误差在可接受范围内,可以为火箭的初步设计提供参考和依据。     

结构误差对旋转稳定弹丸气动特性影响的数值模拟

基于剪切应力传输(SST)k-ω湍流模型,对考虑结构误差情况下的弹箭模型进行数值模拟计算。首先采用CFD和工程经验公式相结合的方法,得到了不同马赫数、不同转速情况下无结构误差模型的多种气动特性参数。通过与实验数据对比,阻力、法向力、俯仰力矩、压心位置误差在10%以内,验证了该方法的可行性和准确性。然后,建立了考虑结构误差即质量分布不对称、弹体不同轴和无结构误差模型,并分别进行了气动特性模拟计算。结果表明,质量偏心对滚转阻尼力矩系数、马格努斯力矩系数影响很大;弹体不同轴对法向力系数导数、俯仰力矩系数导数、马格努斯力矩系数导数和压心位置都产生很大影响。结构误差使模型的多种气动特性参数产生很大变化,将影响其飞行弹道和稳定性。     

导弹大迎角下非线性诱导滚转力矩数值研究简

 采用计算流体力学（CFD）数值模拟方法,研究战术导弹大迎角状态下涡破裂导致滚转力矩随迎角非线性增长引起舵面控制能力不足的现象。首先通过标准模型的数值分析,验证了所采用的CFD方法具有三角翼前缘涡破裂现象的捕捉能力;然后采用雷诺平均Navier-Stokes方程对某“++”字正常布局导弹构型（含弹翼、弹身、尾舵和整流罩等）进行了数值模拟,结果显示亚声速状态下滚转力矩在迎角大于20°时出现非线性增长,导致全动尾舵的滚转控制能力不足。通过分解各部件对滚转力矩的贡献,并分析流场结构,探明了该现象发生的流动机理,其主要原因是：随着迎角的增长,弹体迎风面的尾舵前缘涡首先发生破裂,导致其平衡诱导滚转力矩的作用被削弱。     

超燃冲压发动机旋转斜坡概念研究

基于斜坡增强混合及旋转冲压的设计思想,提出一种旋转斜坡概念,即通过斜坡旋转产生大尺度旋涡及旋转运动激波来增强混合。采用Fluent软件求解URANS方程,对旋转斜坡非定常流场开展了数值模拟研究,分析了斜坡旋转速度对燃烧室的流场特征、涡量、总压损失等性能的影响。结果表明斜坡旋转促进了凹腔剪切层的振荡,并在凹腔内形成了较强烈的流向旋涡。当旋转速度54.3r/min时,斜坡旋转导致的流向涡量峰值约是无旋状态下的4倍左右,总压恢复系数比斜坡静止状态最大降低约10%。     

超声速隐身歼轰机概念设计数值模拟

为了提高军用飞机的空战和对面攻击能力,对歼轰机进行总体设计。采用CATIA软件,设计出隐身歼轰机的三维数字样机和武器挂载方案;基于物理光学法和等效电磁流法,采用自编的RCSAnsys软件,数值模拟歼轰机的数字样机在X、S和UHF波段下的RCS特性和强度分布特性;基于湍流模型的k-ε方程和控制理论的N-S方程,采用Fluent软件,数值模拟歼轰机的数字样机所在空气流场的压强和速度分布云图,得出整机的升阻特性。概念设计数值模拟结果表明：内置弹舱的歼轰机前向±30°的RCS均值≤-4.728 dBsm,超声速飞行时歼轰机的升阻比约等于5.6337。     

MEMS与智能化流体力学

本文综述了微机电系统(MEMS)及其在流体力学和航空航天领域的应用概况;讨论了以MEMS为基础的流体测量和控制技术以及利用MEMS制作灵巧材料和灵巧结构,用于控制和改变飞行器部件乃至整个飞行器空气动力特性的若干例子;探讨了飞行器空气动力学从可变外形(DDG)到智能化外形(IAC)的发展前景;对于MEMS发展中涉及的微流体力学现象和问题也做了一些分析讨论.