二元全速势跨音速方程的数值解

本报告提供了二元全速势跨音速方程的一种数值解法。本方法的特点是放弃了繁杂的曲线座标系,而在简洁直观的直角座标系中,利用Jameson的旋转差分格式,并在物面边界上采用速势内嵌场,建立全流场的差分方程。二元翼型的样例计算表明本方法和其他全速势方程的数值解法具有同等的精度。对物面外形作一次附面层位移厚度修正后的算例表明计算结果和试验结果符合较好。 本方法比起采用曲线座标系的方法,更易推广到三元流。     

翼型跨音速绕流的数值计算

本文选用精确速势方程作为翼型跨音速无粘绕流的数学模型。在变换过的直角座标中,用有限差分(亚音速区用中心差分,超音速区用旋转差分)对精确速势方程离散化。差分方程形成的代数方程组用列松弛迭代法求解。 为了计入粘性效应,利用精确速势方程和附面层动量积分方程进行联合迭代求解。这一点对超临界翼型的计算显得特别重要。 算例与其它数值解及实验作了比较,对于一般翼型和超临界翼型,本文结果是良好的。     

任意翼型有小分离气泡跨音速绕流的迭代算法

 本文给出一种带小分离气泡的任意翼型粘性跨音速绕流的计算方法,采用有粘-无粘干扰迭代的概念。无粘流的全速势方程用AF差分格式在保角变换法生成的计算网格中求解,粘流附面层方程用C-S盒式法求解,用逆算法消除分离点处的奇性。本文对Ma_∞=0.8,Re_∞=2×10~6,迎角α=3.5°和4°的NACA64A010翼型粘性绕流进行了计算,结果与实验相比较,吻合良好。     

机翼跨音速无粘绕流数值计算

本文介绍机翼跨音速定常无粘绕流的一种数值计算方法。选用精确速势方程作为问题的数学模型。在直角坐标系中,经过适当的坐标变换,先把后掠翼变成矩形翼,再把无限的物理空间变成有限的计算空间。在计算空间中,用有限差分格式(亚音速区用中心差分,超音速区用旋转差分)对精确速势方程离散化。差分方程形成的代数方程组用线松弛迭代求解。     

Jameson/TVD格式应用旋翼翼型绕流分析

以一种常见的旋翼翼型为例 ,探讨了两种旋翼桨叶翼型绕流数值模拟方法 ,即 Jameson有限体积中心格式和有限体积通量修正 Jameson/ TVD混合格式。这两种格式的方法都采用有限体积法进行离散 ,并用龙格—库塔时间推进法求解。通过算例分析 ,比较了这两种方法的特点 ,为进一步有效地依靠求解湍流 Navier-Stokes方程来模拟完整的旋翼流场、旋翼阻力与功率奠定了基础     

求解平面翼型亚,跨声速绕流的一个新方法

本文提出了求解平面翼型亚、跨声速绕流的一个新方法。引入流函数和Ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ变换后，亚、跨声速绕机翼无旋流动的基本方程组被化为以流线纵坐标ｙ为未知量的单个二阶偏微分方程－流线控制方程。并通过变换将物理平面上的无限域变为计算平面上有限的矩形域，而后在计算平面采用有限差分线松弛迭代法求解。作为算例，计算了对称翼型ＮＡＣＡ００１２－３４和非对称翼型ＮＡＣＡ４４１２的亚、跨声速有攻角绕流，所得数值结果     

M_∞=1及其附近翼型绕流的计算结果

本文全速势方程的有限差分数值计算结果,给出了0°和2°攻角下NACA0012翼型当地马赫数分布冻结时的自由流马赫数范围,以及M_∞稍大于1变至1.30时前方脱体激波的变化位置。     

跨音速翼型多参数多约束优化设计方法

本文通过采用EXTREM数值优化方法并基于求解全速势方程的跨音速粘流翼型计算方法, 研究发展了一种应用形状函数修形的跨音速翼型多参数多约束数值优化设计方法, 应用该方法可以从普通低速翼型和超临界翼型出发通过数值优化后得到在跨音速区阻力系数最小化的翼型几何外形。设计表明, 该方法具有收敛快、调用目标函数次数少等优点。      

跨音速定常小扰动压力方程的混合差分法

本文提出直接求解跨音速定常小扰动压力方程的数值方法。对于研究某些洞壁干扰问题,与传统的速势方程相比,用压力方程作为求解跨音速流场的主管方程,边界条件为Dirichlet形式,易于处理,且待求变量为压力,可减少积累误差,提高计算精度。 本文采用混合差分法求解压力方程,通过数值试验,确定合适的差分格式及迭代线化方法。其收敛解与相应的以速势方程为主管方程求到的解相比吻合得比较好,从而证实了本文方法的可行性。 最后给出应用本文方法计算鉴定跨音速翼型风洞壁干扰以及由给定的压力分布计算翼型外形的典型算例。     

一种跨音速翼型和机翼设计方法的新进展

 讨论一种基于N-S方程、欧拉和速势方程加混合附面层修正的跨音速流动准确控制方程逆解法，及其在跨音速翼型和机翼设计中的应用。分析了两种紊流模型对分离的适应性，探讨了N-S和欧拉方法的阻力估算精度问题，列举了若干超临界和层流翼型及机翼的设计实例以及软件验证。     

跨音速翼型非守恒全位势流AF3高效算法的应用

本文利用Baker的AF3高效迭代算法,改进了Jameson提出的计算跨音速翼型非守恒全位势流的有限差分方法,研制了任意翼型跨音速分析的高效算法程序。许多试验算例表明,本算法,收敛速度快,且计算结果与Jameson的原方法非常一致。     

跨声速翼型多目标优化设计方法

本文通过采用多目标分级优化方法并基于求解全速势方程的跨声速粘流翼型计算方法，研究发展了一种多参数、多约束和多目标的跨声速翼型数值优化设计方法，应用该方法可以从普通低速翼型和超临界民办型出发通过多目标优化后得到在跨声速区的多个马赫数下阻力系数最小化的翼型几何外形，设计实践表明，该方法具有收敛快，调用目标函数次数少等优点。     

基于Euler方程的直升机旋翼翼型反设计方法

直升机旋翼流场的求解和贴体网格的生成是进行旋翼翼型反设计的关键,本文采用Euler方程求解直升机旋翼翼型流场,并通过求解泊松方程生成围绕翼型的网格.在此基础上,结合线化二维亚音速和超音速流的小扰动理论,采用MGM方程作为反设计方程,基于有限差分方法建立一套直升机旋翼翼型反设计的迭代方法.在给定的目标压力分布条件下,与CFD方法相结合,反设计得出满足要求的翼型,并与目标翼型吻合良好,表明本文建立的翼型反设计方法能够有效地用于直升机旋翼翼型设计.     

超声速前机身及翼－身组合体的全速势方程数值计算

通过数值求解全速势方程，计算了超声速来流的前机身及翼－身组合体。当流场存在亚声速区时，在此区域内采用中心差分格式，迭代求解，并引入多重网格技术，加快收敛；当流场中某一区域沿某一方向是超声速时，在此区域内采用沿该方向的推进解法。计算结果表明，本文的方法可靠，结果准确，可以向工程应用方面推广。     

解跨音速升力翼型的有限元法

 在应用解全速位方程的最小压强积分有限元法求解绕升力翼型的跨音速流动时,将不可压流中求解绕升力翼型的耦合单位环量流动和无环量流动的解法推广到可压流中。为了确定环量,本文所用Kutta条件是:在后缘处,气流流向平行于后缘角二等分线。因有限元法对网格无正交性要求,因而可在椭圆变换前后进行剪切和延伸变换。这种网格生成法易于构成适用于复杂形状的有限元网格。通过计算并将其结果与文献中的数据比较,表明这种方法应用方便且有较快的计算速度和较高的计算精度。     

翼型扑翼运动流场的数值模拟

基于非定常N-S方程,利用动网格方法和预处理方法对翼型在低速度下扑翼运动进行数值模拟。采用Jameson中心格式的有限体积法、双时间推进法求解非定常N-S方程;紊流模型采用基于SA紊流模型的DES模型。本文计算模拟翼型在低雷诺数下扑翼运动过程,计算所得推力系数结果与实验参考结果吻合较好,对扑翼飞行器设计有一定参考价值。     

面向飞行器概念设计的全速域气动分析工具

为满足飞行器概念设计中快速气动计算的需求,研究和开发了一种全自动化全速域气动分析集成工具。针对不同的速度域,该工具由三种计算方法组成:1)亚、跨声速情况,采用基于自适应直角网格的非线性全速势方程有限体积解法;2)超声速情况,采用基于自适应直角网格的欧拉方程有限体积解法;3)高超声速情况,采用基于当地表面斜度法的面元法。不同速度域的多种构型飞行器的算例结果表明,该集成工具的计算精度满足要求,且自动化程度高、收敛速度快,可应用于飞行器概念设计的快速气动分析。     

基于Euler／N—S方程的跨音速非线性静气动弹性问题研究

在C-H网格的基础上,采用Jameson的中心差分有限体积法求解Euler/N-S方程,采用结构影响系数法计算结构的弹性变形,用三角元面积加权法和常体积转换法(CVT)实现流固耦合,计算了弹性后掠机翼在跨音速状态的静气动弹性问题     

一种改进的计算压力分布的格林函数方法

对计算压力分布的格林函数方法作了一定的改进,虽然格林函数方法能给出比较准确的速势分布计算,但在压力分布的计算方面却比较欠缺,只给出了一个根据离散点上的速势值进行有限差分计算的简单的公式,采用这个公式无法算出物面准确的压力分布。鉴于此,通过对速势积分方程离散化后所得到的扰动速势的解析表达式进行微分运算,得到一组计算扰动速势导数的解析公式,并由此计算了物面上各离散点上的压力系数,其结果相当准确,与Navier-Stokes方程算法及实验结果相比,均吻合较好。另外,还对库塔条件在数值求解速势积分方程中的应用作了一定的改进,使计算结果更加准确。     

缓变过渡段几何外形对实验段内气动力特性的影响

本文提出了一种计算高速风洞三维过渡段的气动特性的方法。本方法是以一维管流解为基础,并通过坐标变换,将变系数的线化速度势方程化为波动方程(对超音速流)或拉普拉斯方程(对亚音速流),然后用有限基本解法求解。本文着重讨论了超音速流求解的过程。在超音速流时,对矩形实验段区域,则采用分离变数法求解。作为例子,计算了由圆变方的超音速流过渡段,得出了三维变化对实验段气流参数的影响。