“关于跨音速定常小扰动平面势流线松弛的稳定性和收敛性的讨论”一文(1.13)式的更正

在文献[1]中,我们曾指出对于局部超音速点,存在一个小于1而大于零的ω_0。当松弛因子满足0<ω_0<0≤1时,改进迭代是稳定的。这个结论是错误的。错误来自在附录2中,令ω→0,而未对|B_2|~2—|A_2|~2作精密的量级分析。正确的结论是:在局部超音速点,对改进迭代找不到满足稳定条件的ω。下面证明这结论:     

旋转体跨音速零升波阻和压力的差分计算

应用Murman-Cole的有限差分法,求解具有纵向大扰动而横向小扰动的跨音速轴对称速势方程,由此计算旋转体跨音速零升力时的压力分布和波阻力,以及激波位置。物面边界条件被转移到物体轴上。远场边界条件由无穷远处的条件近似代替。计算物面压力系数时,用细长体理论进行物面速势插值。 速势的差分方程用沿半径方向线超松弛改进迭代求解。网格取62×16,迭代初场取零,达到收敛的迭代次数对M_∞<1,M_∞>1以及M_∞≈1分别大约为150,40和300次。松弛因子取为:M_∞<1时,0.9≤ω_b≤1.7,0.9≤ω_p<1.0;M_∞≥1时,0.8≤ω_b≤0.9,0.8≤ω_p≤0.9,这里ω_b,ω_p分别为局部亚音速点和超音速点的松弛因子。 算例为七种不同外形的细长体,计算结果与实验符合尚好。 文中对网格、初场、迭代方法、松弛因子等有关收敛性、收敛速度问题进行了探讨。在局部线化条件下,对定常小扰动轴对称势流的差分方程,进行了线超松弛迭代的稳定性和收敛性分析。数值计算经验与理论分析所得结论相符。     

绕钝前缘机翼跨音速势流的松弛计算及其稳定性与收敛性讨论

本文在机翼钝前缘处用精确速势方程和精确的边界条件,其他地方用纵向大扰动而横向小扰动的速势方程和相应的边界条件,联立求解。数值算例1为矩形机翼,展弦比λ=12,翼剖面为NACA0012,自由流的马赫数M_∞=0.63,迎角α=2°,翼根剖面压力分布的计算结果与二元亚音速精确数值解（Sells,1968）接近。算例2为NACA RM A51G31实验的机翼,垂直于1/4弦线的翼剖面为NACA64A010,其后退角χ_1/4=45°,λ=3,根梢比η=2,M_∞=0.4,0.8,0.9,α=2°。计算与实验接近。 本文建立跨音速定常小扰动速势差分方程的线松弛改进迭代在局部线化假设下的稳定性条件和松弛解收敛到原来的微分方程解的条件。这些条件大多数与数值实验相符。     

变松弛因子法在有限差分计算中的初步应用

本文提出变松弛因子法(定义域:O<ω<2)。松弛因子的值可随迭代计算中反复、交错出现的单调、振荡、发散的变化而变化,既可为超松弛,也可为低松弛。这样,同为全机状态的亚、跨超音速点,计算时间仅需2～4小时。     

变刚性支承转子的动力特性讨论

一、一种理想的转子稳态幅频线 一个转子如采用不同刚性的支承,则转子支承系统的幅频特性（r～ω）线不同。图1中虚线示出同一转子采用低刚性引和较高刚性K₂′支承时的幅频特性线1和2。有人想利用改变支承的方法来减小通过临界转速时的振动。方法是对图1（a）情况在转子角速度ω≤ω_Ⅰ时使支承刚性为k₂′,ω≥ω_Ⅰ时变支承刚性为K₁′;对图1（b）的情况则在ω≤ω_Ⅰ和ω_Ⅱ≤ω≤ω+Ⅲ支承刚性.      

关于跨音速零升力翼型绕流的松弛和两种自修正风洞的收敛性

本文采用横向小扰动而纵向大扰动速势方程,计算了跨音速零升力翼型的绕流。在线松弛的数值实验中,φ_γ的差分式用简单迭代和φ_(xx)的差分式用改进迭代时,稳定性较好。此结论与文献的线化理论分析相符。 本文用混合差分法数值模拟,证明了基于两个控制面上的静压和基于一个控制面及翼面上的静压的跨音速零升力翼型自修正风洞的收敛性。对前一种方案,NACA0012翼型,M∞=0.9,RAE104翼型,M∞=0.8,对后一种方案,NACA0012翼型,M∞=0.72,0.8,在迎角为零和风洞高度与翼弦之比为3时,均能收敛到无洞壁干扰的自由流。     

高超声速化学反应源项雅可比矩阵的对角化

基于Von Neumann稳定性理论,对高超声速化学反应流中源项雅可比(Jacobian)矩阵应用不同对角化方法的耦合隐式格式进行稳定性分析。详细推导出对角化方法情况下数值方法的增长因子,并分析不同对角化方法条件下的增长因子与CFL (Courant-Friedrichs-Lewy)数及波数之间的关系。理论分析与数值验证表明,Kim方法较Eberhardt和Ju方法更适合源项雅可比矩阵的对角化,保证数值求解在较大的CFL数条件下也能够实现稳定快速计算。另外,结合计算得到的刚性参数,稳定性分析结果还指出在高超声速化学反应外部流场中,激波与驻点之间的亚声速高温高压状态是导致数值格式计算不稳定的物理因素。     

高空无人驾驶飞机侧向控制规律分析

本文用飞行力学的处理方法,对一种高空无人驾驶侦察机(以下简称无人机)的侧向制规律的特点进行了分析。重点是分析飞机不对称(因工艺误差,或重复使用时残存的不对称)产生的干扰侧力△C_z,干扰力矩△(?)_s和△(?)_y(均以无因次系数表示),以及在投放初始值β_(10),ω_(x0),ω_(y0),γ_0和ψ_0等的作用下系统的航迹偏角ψ_s和飞机重心侧向位移Z的静差。本文对加上侧向控制规律后,对飞机动态品质的影响也进行了分析,并提出了改进原控制规律的设想。其分析结果可供系统设计者综合方案时参考。     

NNW-FSI软件静气动弹性耦合加速策略设计与实现

在国家数值风洞（NNW）工程的资助下,依托NNW-FSI流固耦合模拟软件平台,从气动载荷作用下飞行器结构静变形大小与收敛过程无关的物理机制出发,基于变形增量叠加的方式,设计和实现了一种静气动弹性耦合加速策略,通过松弛因子对耦合迭代的收敛过程进行调整。结合超大展弦比无人机和CHN-T1模型两种不同外形,开展了不同松弛因子下的静气动弹性耦合数值模拟,对耦合加速策略的参数影响和加速效果进行了测试和评估。从计算误差控制角度对松弛因子加速耦合迭代收敛的作用机制进行了理论分析,弄清3种类型静气动弹性耦合模拟过程中松弛因子发挥的作用,并给出了松弛因子选取范围的建议。静气动弹性耦合模拟和理论分析结果表明,针对不同类型的静气动弹性耦合问题,选取合适的松弛因子,能够达到抑制振荡并加速收敛的效果。     

翼型跨音速小扰动势流-边界层计算

翼型绕流的外部无粘流,采用跨音速小扰动速势方程和改进小扰动速势方程对三种差分格式进行对比计算:(1)Murman-Cole非守恒式;(2)守恒式;(3)Engquist-Osher式。在相同的初值条件下,它们的计算稳定性、收敛性和收敛解基本相同,但激波位置(1)在前,(2)在后,(3)在中间。对人工时间阻尼项εφ_(xt)的作用进行了线化分析,所得结论与数值实验结果相符。二级精度格式计算表明:采用这种方案能在几乎不增加计算机时的前提下,大大提高差分计算精度。本文最后采用边界层积分方程法,计算翼型边界层,并与势流进行迭代计算。在弱激波条件下,迭代收敛解与实验值接近。     

筛网电振机在喷丸中的应用

上海航空发动机厂自行设计、制造的喷丸强化设备中,采用了附有筛网的电振机。这种电振机的工作原理是基于一个双质点定向强迫弹性系统。电振机的固有频率ω_0调整到电磁力的激振频率ω相近,使其比值Z=ω/ω_0     

部件三维仿真模型与发动机循环参数分析的耦合方法研究

为了将基于部件三维仿真模型获取的部件工作特性耦合于发动机循环参数分析、提高整机性能预估的可信度,本文提出了改进完全耦合方法,结合核心机驱动风扇级(Core Driven Fan Stage,CDFS)三维仿真模型和变循环发动机(Variable Cycle Engine,VCE)零维仿真模型,使用迭代耦合和改进完全耦合方法建立了VCE多维度仿真模型,研究了修正因子计算方法及边界参数松弛处理方法对VCE多维度仿真模型的影响,对比了迭代耦合与改进完全耦合方法的差异。结果表明,采用改进完全耦合方法时,直接将基于部件高保真度仿真模型得到的压比和等熵效率应用于发动机循环参数分析,可避免非线性方程组线性化过程对部件高保真度仿真模型的重复调用,同时计算过程不依赖于部件通用特性图。采用优化方法计算修正因子或者对边界参数进行松弛处理均可以抑制改进完全耦合方法中迭代残差的震荡,加速收敛。改进完全耦合方法与迭代耦合方法计算结果无明显差异,且在使用优化方法计算修正因子时收敛速度基本一致。超声速巡航状态下,与VCE零维仿真模型的计算结果相比,多维度仿真模型中CDFS压比升高了2.73%,由此导致VCE推力降低了3.48%。     

跨音速组合体纵向空气动力的差分计算

 本文建立机翼-机身-平尾-立尾组合体跨音速纵向空气动力的混合差分线松弛迭代计算方案。在物理空间采用直角座标网格,列出组合体的远场边界条件,在流场内部和物面、涡面网格点上,满足速势方程,利用物面边界条件,将速势延拓到机身内部。做了两个算例,得到了收敛或接近收敛的结果,与实验尚符合。对收敛过程和超松弛加快收敛的方法作了一些研究,发现超音速点的松弛参数应取大于1。     

求解气体动力学方程的推进迭代方法

本文由三部分组成,第一部分考察隐式推进迭代求解气体动力学方程的基本方面;第二部分介绍带压力松弛因子的推进迭代方法;一些数值算例在最后一部分给出。计算表明,此方法比目前一般方法具有更高的收敛速度,对于不同问题具有更强的适应能力。     

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。     

数值分析跨声速主流与边界层迭代

本文首次提出新的用于分析跨声速无粘主流与边界层迭代过程稳定性的物理模型和数学模型,在局部冻结系数的意义下从理论上细致分析了主流采用跨声速流函数法,而边界层分别采用正模式、逆模式、半逆模式计算时主流与边界层迭代过程的稳定性和放大因子。指出上述这些迭代并不总收敛,并给出了使这一过程达到收敛应具备的条件,这对指导电子计算机上的数值试验有特别重要的意义。文中完成了4个典型算例,得到了与实验较为吻合的数值结果。     

改进k-ω-γ转捩模式对不同雷诺数下HIAD的转捩预测

高超声速充气式柔性减速器（HIAD）在气动力作用下会变形为波纹状，从而促进流动转捩为湍流，准确预测其转捩位置和壁面热流对热防护系统的设计至关重要。拓展了分离诱导转捩预测性能的改进k-ω-γ模式，同时具备对第1模态、第2模态、横流模态以及流动分离失稳的预测能力。本文将其应用于不同雷诺数下壁面波纹变形的HIAD边界层转捩预测，并与原始k-ω-γ模式的预测结果进行了对比，以评估和验证其对复杂转捩现象的预测性能。在此基础上，细致剖析了改进k-ω-γ模式的转捩预测机制。结果表明，改进k-ω-γ转捩模式可准确预测不同来流雷诺数下HIAD的转捩起始位置、转捩阵面形态和壁面热流分布。波纹壁面波峰处的转捩预测主要由构造的分离间歇因子猝发。而在波谷位置，第1模态、横流模态以及流动分离的贡献都很重要。以上研究显示了改进k-ω-γ模式在复杂外形中的应用潜力，可为多重不稳定耦合作用下的转捩预测方法发展提供参考。     

关于跨音速定常小扰动平面势流线松弛的稳定性和收敛性的讨论

引言 对跨音速势流方程采用混合差分线松弛求解,常碰到稳定性和收敛性问题。差分方程的舍入误差,若在求解过程中不会增长,则格式稳定。当选取的步长趋于零时,差分方程的解趋于微分方程的解,则格式收敛。要得到所要求的解,必须使差分格式既稳定又收敛。由于跨音速势流方程的非线性,严格的稳定性与收敛性证明十分困难。大量的计算实验指出:在松弛求解中,计算是否稳定,是否收敛和当收敛时的收敛速度,     

基于改进L-SHADE算法的航空发动机性能退化评估

针对航空发动机健康因子求解寻优精度差的问题，提出了一种基于改进L-SHADE算法的航空发动机性能退化评估方法。首先，采用多工作点分析方法拓展发动机健康因子估计的适应度函数，解决气路测量传感器数量不足的问题；其次，通过引入非线性种群缩减策略解决种群快速缩减的问题，同时通过改进的优化加权变异策略，改变不同迭代阶段贪婪算子的权值，增加算法的全局搜索和局部开发能力；最后，在30个经典基准函数上验证了改进算法的收敛精度和鲁棒性。对航空发动机性能退化评估的计算结果表明，改进L-SHADE算法增强了算法迭代前期的种群多样性和算法后期的开发能力，计算精度较标准L-SHADE算法平均提高了65.5%，能够满足工程精度要求，具有较强的工程适应性，能够应用于实际飞参数据，从而为发动机健康管理和性能监测提供理论依据。     

机翼跨声速绕流的Galerkin有限元解法

本文给出了翼型和机翼跨声速绕流的Galerkin带权余数有限元解法。利用一系列适当形状的元素将计算区域离散,在元素内采用线性插值函数。对于超临界流动,文中采用了适合于有限元法的超声速上风技术,具有捕捉激波的能力。将这种技术应用于线松弛迭代解法中,在计算钝头翼型和机翼绕流时,都获得了成功。