圆锥低超声速有攻角绕流非对称涡流的数值模拟与非线性分岔的研究

本文用数值方法研究了圆锥低超声速有攻角绕流的对称和非对称定常解,扰动响应以及在更大角时出现的准周期解问题。     

细长锥体有攻角绕流的非对称分岔及其涡结构的数值模拟

本文用ＮＮＤ格式计算了具有复杂涡结构的细长锥体有攻角绕流问题，着重研究了非对称分离的分岔现象以及分岔前后涡结构的演变，数值计算结果表明，大约在ａ／（２β）＝１．０时，Ｎ－Ｓ方程出现分岔解，同时还给出了分岔前后涡结构及物理最分布的特征。     

三角翼大攻角绕流数值模拟研究

采用Harten-Yee的二阶精度隐式TVD格式对N-S方程进行数值模拟,研究了后掠角为65°和70°的三角翼绕流的流场特性。计算结果表明：TVD格式中限制器函数的选取对于三角翼绕流结构的计算结果具有较重要的影响。结合张涵信的旋涡定性分析理论对旋涡的发展过程进行研究,此外,还对二次涡破裂现象和网格分布影响等问题进行了探讨。     

翼型大攻角绕流的数值模拟

以求解二维N-S方程数值模拟NACA0012翼型大攻角状态的可压绕流特性;N-S方程是在贴体坐标系中给出的,以代数方法生成C型网格系统。采用LU-ADI格式计算,为提高格式的稳定性在隐式和显式部分分别添加了2阶和4阶人工粘性项。应用BaldwinLomax湍流二层代数模型模拟了大攻角时前缘分离涡的形成,旋涡对流及其非定常现象。在某些Mach数和攻角下NACA0012翼型的湍流解具有周期性。通过比较,本文数值计算结果同实验及国外相应的数值计算结果基本吻合。     

旋成体超声速底压特性的并行数值研究＊

作用在超声速飞行器底部的压强对飞行器设计具有十分重要的意义,因为它可能提供飞行器总阻力的一半以上。目前,底压数据的来源主要还是依靠实验。而风洞实验时支杆的存在又增加了底阻估算的困难。本文用隐式有限体积法求解轴对称ＮＳ方程,在ＰＶＭ平台下数值模拟超声速底部流场,根据底压分布计算出了底压系数。分析了网格密度,支杆直径对底压系数的影响,网格足够密时,计算结果与实验吻合较好。     

细长体大攻角绕流的数值模拟

用数值模拟方法研究了细长体大攻角的绕流特性（求解在周向３６０°范围内进行）。数值模拟的出发方程是三维可压流的全Ｎ－Ｓ方程,格式为二阶迎风ＴＶＤ格式。通过数值模拟研究了附近,攻角１９°、３２．５°和５０°状态下,细长体绕流场中的激波、分离流动及表面压力分布等重要特征。     

有侧滑角椭圆弹身大攻角状态绕流的数值模拟

用数值模拟方法研究了椭圆细长体在大侧滑角、大攻角状态下的流动特性。数值模拟的出发方程为三维可压缩流的全Ｎ－Ｓ方程，数值格式为ＴＶＤ格式。通过数值模拟，研究了椭圆截面细长体在Ｍ∞＝２．５、侧滑角β＝４５°状态下，攻角从１０°￣３５°范围内流场中的分离特征。     

细长圆锥低超声速绕流尾迹流时空演化特性的研究

本文用数值方法研究了在大的迎角范围内,采用局部抛物化流动模型所得到的有关圆锥有迎角绕流尾迹流中周期解的谐分岔、亚谐分岔以及环上Ｈｏｐｆ分岔这三类不稳定性的时空结构演化与非线性相互作用。分析得到了两种不可通约频率（ｆ１,ｆ２）的强非线性相互作用以及由此而产生的频率拓宽所形成的ｍｆ１±ｎｆ２多级频带结构。研究表明：当第三个不可约频率被激发,不论时间,还是空间方向的发展都会存在混沌。在近尾区,流态随攻角增大的演化历程上,通向混沌的道路和准周期性道路相接近,但包含有带倍周期性的亚谐分岔。在固定迎角的情况下,由近尾到远尾区,通向混沌的道路也接近于准周期道路,但带有阵发性。     

三角翼大攻角绕流场数值模拟研究

本文基于N-S方程采用Jameson的显式中心有限体积格式和Roc的上风格式对三角翼大攻角绕流场进行初步数值模拟，空间网格为H-0型网格。计算结果表明两种计算格式均可较好的模拟大攻角绕流场。本文计算结果为今后开展全机大攻角绕流场数值模拟提供了计算经验。     

细长锥体有攻角绕流对称流态到非对称流态的结构稳定性研究

从结构稳定性的思路出发，研究了圆锥体有攻角绕流对称流态到非对称流态的转变。借助结构稳定性理论，发现小攻角下对称流态是结构稳定的，但大攻角下对称流态是结构不稳定的。     

飞翼隐身特性数值模拟

为了设计出高隐身飞机,对飞翼进行总体设计。应用CATIA软件,对飞翼进行概念设计,生成三维数字样机;基于物理光学法和等效电磁流法,应用自编的RCSAnsys软件对飞翼的三维数字样机进行隐身特性数字模拟,得出飞翼在各频段雷达波条件下RCS均值。结果表明,飞翼隐身设计,能够得出高隐身飞机,可为飞机总体与隐身设计提供理论依据与技术支持。     

定常直升机空气动力学数值模拟

本文介绍了一个定常直升机空气动力学CFD软件系统概况,较详细地描述了控制方程、方程的离散、边界条件,以及求解技术。最后展示了该系统的收敛性。     

非定常直升机空气动力学数值模拟

本文介绍了一个非定常直升机空气动力学CFD软件系统概况,较详细地描述了控制方程、方程的离散、边界条件,以及网格重叠技术。最后以收敛比较困难的悬停状态展示了该系统的收敛性。     

曲面激波诱导斜爆轰的数值模拟

为了研究恰当比预混氢气-空气斜爆轰流场的波系结构和流动特征,基于带化学反应的Navier-Stokes方程,对弹头及楔穿越预混气体时诱导的斜爆轰进行了数值模拟。对流项的离散采用Steger-Warming格式,时间项采用二阶Runge-kutta方法。结果表明,对于弹头：（1）在亚爆轰条件下,能够模拟氢气-空气预混诱导爆轰流场的精细结构;（2）在超爆轰条件下,通过精细调整网格,能够很好地分辨强烈耦合的激波和燃烧波,且与Lehr实验吻合良好。对于楔结构：捕获到了清晰的三波点及其复杂精细的斜爆轰流场结构,预测的诱导燃烧距离、激波角和斜爆轰角与实验吻合良好;通过对流场波系结构变化过程的研究,获得了流场三波点随时间的演化过程。     

直流互击式喷注单元雾化特性准直接数值模拟

为实现直流互击式喷注单元雾化过程的数值求解并探究结构及工作参数对雾化特性的影响规律,基于一种树形自适应加密算法与流体容积(Volume-of-Fluid,VOF)方法实现了雾化过程的准直接数值模拟。计算得到了两股射流由喷射到撞击形成液膜,液膜进一步破碎形成液丝、液滴的全过程,获得了液膜的破碎长度、液滴的Sauter平均直径、雾化频率等雾化特性参数。通过将典型算例的计算结果与试验数据进行对比验证了计算的有效性,给出了数值求解精度。探讨了撞击波的形成机理,分析了雾场液滴的尺寸分布规律,撞击夹角、孔径比、射流速度、动量比对雾化特性的影响规律。结果表明:所采用的算法可以实现多相、多尺度雾化过程的数值求解;撞击波的形成是由于两股射流撞击时惯性力的不完全对称导致的;雾场液滴的尺寸分布近似服从Rosin-Rammler分布;撞击夹角的增大与射流速度的提高导致液膜的破碎长度减小,液滴的平均粒径减小,撞击夹角增大雾化频率呈减小的趋势,射流速度提高雾化频率呈增大的趋势;动量比为1而孔径比不为1时会形成凹形液膜,雾场存在一定程度的偏斜;动量比主要影响雾场的偏斜程度。     

多喷管射流气动声学特性的数值研究

采用大涡模拟结合动力Smagorinsky亚格子模型对四喷管超声速高温射流进行了三维非稳态数值模拟。基于非稳态计算的结果,利用FW-H面积分方法对四喷管射流远场的声学特性进行计算,并将结果与单喷管得到的结果进行对比。结果表明,多喷管射流形成了复杂的流场,其产生的气动声场并不仅仅是单喷管简单的叠加,由于四股射流之间的相互影响使得声场也产生了新的特点,不但表现在总声压级数值上,还对改变了射流噪声辐射的指向性,最大声压级的位置由原来的50°左右变化到30°。     

超燃冲压发动机凹腔稳焰的数值模拟

采用迎风格式数值模拟带凹腔(L/D=4)的超燃冲压发动机燃烧室内的高速可压缩流动,首先采用二阶NND格式对欧拉方程进行冷态数值模拟,以更清楚的捕捉、分析激波的特点;然后采用迎风三阶精度MUSCL格式求解二维N-S方程,湍流模型采用剪切修正的k-ω模型,对喷氢燃烧工况进行数值模拟。结果证明,凹腔可以达到掺混和稳定燃烧的目的,冷态时,总压损失较大,但喷氢燃烧降低了马赫数,减小了激波强度,实际工作状况凹腔不会引起很大的总压损失。     

深水强爆炸的数值模拟

本文彩用ＮＮＤ格式求解Ｅｕｌｅｒ方程组，模拟深层水域强爆炸以及冲击波固壁反射后的流场。     

低速粘性分离流的数值模拟

本文介绍对一种采用涡控制技术的新概念兵器--环翼以及升力体航天飞机的低速气动力数值模拟.对这类外形复杂、流动状态也十分复杂的流场,需正确模拟出流场不同部分的流态及湍流运动参数.本文采用一种主要与流场平均运动涡量相联系的新的湍流模型,较好地解决了这一问题.数值计算给出了大量满足工程要求的气动参数,并解决了一些关键性气动问题.