跨音速透平叶栅速度面设计方法的研究

 低能量损失系数跨音速透平叶栅的设计和实现是提高跨音速透平性能的关键问题之一。本文给出了基于有限面积法的跨音速透平叶栅速度面反问题设计方法。首先推导了基本方程的对称形式,用于上游奇点处理,并对速度面上不连续边界条件作了分析和数值验证说明。然后详细叙述了流函数场的有限面积解法包括主方程的积分变换,基本有限面积格式和边角有限面积格式处理以及解精确度的粗略分析。所编制的程序简明快速。计算结果表明解相当稳定并且不需要在音速线附近等处加密网格或作其他处理。算例也指明音速线上临界奇点位置的选取,对流场及叶型型线形状有一定影响,应在设计时注意。     

三维可压缩非定常流的壁面分离判据及其分离线附近的流动形态

通过引入依赖于密度的物面法向速度变换wr=-1/ρh1h2∫ozh1h2(e)ρ/(e)tdz,描述物理速度空间(ua,va,wa=u,v,w+wr)具有无滑移壁面条件的三维可压缩非定常连续方程可转换成变换速度空间(u,v,w)内具有无滑移条件定常连续方程.因此,采用定常壁面分离的分析方法和结论,再通过变换和研究wr的贡献,给出了三维可压缩非定常壁面分离的判则以及分离线附近的流动形态.研究指出,二维和三维情况下,都出现伴有壁外附着的壁面分离情况.数值模拟证实了理论和结论.     

M=1音速流翼型设计计算

来流马赫数为1.0的翼型绕流型态不同于其它跨音速时的流动型态。在数学上,它的远场边值呈奇异性。本文利用Chaplygin转换推导出精确的速度面流动方程,又根据小扰动理论,采用Tricomi方程的奇点近似解析解建立了对应在速度面上来流奇点的边界条件。在用有限差分法进行数值计算时,创建一种新的差分格式,并在不同速度区采用不同座标系统进行线松驰迭代计算,计算表明,其结果是稳定的和收敛的。本文用Spline方法确定出五个仟意的速度面上的边界曲线,经计算,在获得五个音速流流场的同时,也得到五个封闭的音速流翼型。     

测量三维湍流场的热线响应方程及热线校正方程

从Ｊｏｒｇｅｎｓｅｎ等效冷却速度公式出发推出了高阶精度的热线响应方程,它适用于密度不变低速条件下求解湍流场中时均速度和雷诺应力张量。应用该热线响应方程时不严格要求热线探头轴线与流场速度矢量完全一致,因此可简化热线测量的支撑和传动机构。导出的显式热线校正方程可保证校正精度。     

三维坑湍流分离流动的粘流／无粘流干扰计算

本文对坑的三维分离流动做了低速粘流与无粘流的相互作用计算。对三维边界层反方法进行了分析和讨论。用数值试验的方法验证了在H和α作为已知量的情况下,三维边界层反方法的积分方程是双曲型的,并提出了一种近似数值特征线法进行求解。无粘流采用低速位流面元法。计算表明所用方法可计算出三维效应很强(即横向变化很大)的三维边界层分离流动。     

跨声速叶栅粘流计算的多级Taylor—Galerkin有限元法

本文对Ｔａｙｌｏｒ－Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元法在收敛速度和稳定性两方面作了改进，与多级有限元法相结合，构成了多级Ｔａｙｌｏｒ－Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元法。基于Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，研究了平面跨声速叶栅流动，并与实验结果作了比较。计算结果表明新方法具有较好的稳定性及较快的收敛速度。     

某大涵道比风扇轮毂型线数值计算

为了改善风扇叶根的二次流动,基于某原型方案,采用数值模拟方法研究了轮毂型线对大涵道比民用发动机风扇流场的影响。研究结果表明:凹形轮毂型线对风扇根部流动的影响主要体现在从下凹位置开始的加速流动作用。靠近风扇尾缘是较优的轮毂下凹最深位置,对根部流动存在2种改善作用,即流路收缩带来的加速流动作用,在提高风扇根部出口子午速度的同时,提高了10%叶高附近吸力面表面流体速度,抑制该叶高靠近尾缘处流体回流;由于轮毂下凹最深位置靠近尾缘,轮毂型线在靠近风扇出口时可以维持在凹曲线形式,减弱风扇角区吸力面表面回流。轮毂下凹深度对风扇内涵的压比和效率呈现单调影响。改进后的轮毂型线计算结果与原型方案相比,风扇吸力面极限流线改善,全流量范围内风扇内涵效率提升。     

低速大迎角三角翼旋涡流动的有粘怀无粘数值模拟

通过人工压缩性方法求解了三维定常不可压Ｅｕｌｅｒ方程和雷诺平均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，应用Ｂｅａｍ－Ｗａｒｍｉｎｇ近似因子分解格式及其对角化形式，采用Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ代数湍流模型。计算模型为７０°三角翼，分析了有粘与无粘流动旋涡特性的影响，尤其是对Ｅｕｌｅｒ方程模拟大迎角分离涡、涡破裂的能力及其局限性提供了数值验证，计算结果与实验结果相一致。     

搅拌摩擦焊S线特征模型

建立搅拌摩擦焊S线特征模型,阐述了S线特征产生的规律及其在焊核中的分布形态。将S线特征处母材简化成刚性质点,借助XY面、XZ面内S线特征处刚性质点的运动轨迹,描述了S线特征的产生规律。在XY面内,S线特征以焊接步长μ为周期分布在焊核内。在XZ面内,轴肩影响区内S线特征不明显且刚性质点具有向前进侧运动的趋势,搅拌针影响区内S线特征呈不规则曲线形状分布在焊核内。通过6005铝合金搅拌摩擦焊S线特征的试验研究,验证了S线模型的合理性。利用该模型分析了S线特征与板厚的相关性、搭接界面上翘等工程问题,并提出解决措施。     

推进剂供应管路内液体瞬变流一维有限元计算

将液路计算中偏微分方程模型化成有限阶数的常微分方程组,由一维液体瞬变管流方程的特征线差分格式,提出了一种计算管腔互联结构形式的液体推进剂供应管路中瞬变流的一维有限元方法,它兼有特征线方法的特点。数值计算表明对单根等截面圆管阀门关断问题的计算结果与特征线方法计算结果吻合。利用本文方法计算了一个模型发动机的脉冲工况动态过程,取得了很好的效果。     

跨声速机翼静气动弹性数值分析方法

本文给出一种以改进的跨声速守恒型全位势有限体积法为基础的机翼静气动弹性数值分析方法。改进发展了气动网格划分技术，使其对大后掠三角形机翼也能顺利适用。采用位移法计算机翼柔度影响矩阵。将非线性气动力与结构线化机翼弹性变形耦合迭代求解。当气动力和结构变形均收敛后，即求出弹性机翼的气动特性。通过算例计算，表明气动方法改进是成功的，弹性结果是合理的。跨声速范围弹性影响大，值得注意。     

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     

基于流场/声爆耦合伴随方程的超声速公务机声爆优化

基于自主研发的大规模并行结构化网格CFD求解器PMB3D以及并行化伴随方程求解器PADJ3D，开展了流场/声爆伴随方程的求解研究。首先采用标准算例，对内部CFD代码PMB3D软件和声爆预测代码进行了声爆计算可信度验证，以及声爆强度对近场声压梯度的校核。针对并行环境下多块对接网格的近场声压提取操作的复杂性，提出了"包围盒"的方法实现并行环境下近场声压装配单元编号、网格块编号以及对应的进程编号确定，基于声爆计算坐标将并行传递的数据进行一维排序，为声爆预测、伴随方程以及梯度求解提供输入条件。通过线性插值雅克比矩阵实现均匀坐标系梯度信息向非均匀坐标转换，并进一步根据结构化网格特征提出了插值原则，简化了近场声压转换雅克比矩阵的变分。通过装配单元记录，实现声爆强度对流场守恒变量的变分结果向各个进程装配，将装配结果作为流场伴随方程的右端项实现流场声爆耦合伴随方程的求解。此外，对小型超声速公务机开展了声爆优化，对比分析了设计前后的声压及其频谱特性。     

N-S方程有限分析数值研究

 本文将有限分析方法用于曲线座标系上紊流N-S方程的数值计算。分别计算了单列和串列叶栅内部流场,计算中采用了k-ε紊流模型和壁面函数。计算结果与试验结果相比较,吻合程度令人满意。有限分析方法在网格单元上对N-S方程进行线化处理,以解析边界条件作为约束,得出解析解,在解析解基础上构造离散代数方程。有限分析方法的最大特点是可以适应对流速度大小和方向,自动调整格式系数,因而具有数值扩散小和稳定性高等优点。     

基于KZK方程的声爆频域预测法

建立了一种快速预测声爆传播特性的频域方法,基于传统Khohklov-Zabolotskaya-Kuznetsov (KZK)方程,描述声爆沿激波波阵面法线方向的传播。为了验证模型正确性,以NASA TD N-161中试件C为对象,首先基于不同网格,利用计算流体力学(CFD)方法得到超音速流场;将CFD结果作傅立叶变换后代入模型方程,快速求解声爆传播特性。预测结果与NASA实验结果符合很好,研究表明：预测方法能够捕捉声爆的非线性传播,声衍射项使得声场在远场趋于轴对称分布,远距离传播后声能量集中于低频分量。     

基于Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov方程的声爆频域预测法

建立了一种快速预测声爆传播特性的频域方法,基于传统Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov(KZK)方程,描述声爆沿激波波阵面法线方向的传播.为了验证模型正确性,以NASA TD N-161中试件C为对象,首先基于不同网格,利用计算流体动力学(CFD)方法得到超声速流场;将CFD结果作傅里叶变换后代入模型方程,快速求解声爆传播特性.预测结果与NASA实验结果符合很好,研究表明:预测方法能够捕捉声爆的非线性传播,声衍射项使得声场在远场趋于轴对称分布,远距离传播后声能量集中于低频分量.      

Effect of longitudinal lift distribution on sonic boom of a canard-wing-stabilator-body configuration

After the last flight of the Concorde in 2003, sonic boom has been one of the obstacles to the return of a supersonic transport aircraft to service. To reduce the sonic boom intensity to an acceptable level, it is of great significance to study the effect of lift distribution on far-field sonic boom, since lift is one of the most important contributors to an intense sonic boom. Existing studies on the longitudinal lift distribution used low-fidelity methods, such as Whitham theory, and in turn,o...     

O-star winds in the Magellanic Clouds and the Milky Way

UV P-Cygni profiles of OB-stars in the Magellanic Clouds (observed with HST), and the galaxy (observed with IUE) are analyzed empirically using a line formation procedure similar to the one described by Lamers et al. (1987). The assumption of a constant microturbulencev _turb throughout the wind is dropped and replaced by a radially increasing turbulence parameterv _turb(v), thus improving the fit for the emission peaks substantially, and at the same time avoiding the need for a justification of extremely supersonic turbulence in the vicinity of the wind's sonic point. The Sobolev optical depth is determined interatively at fixed velocities in the wind, which removes the bias introduced by the choice of a specific parameterization function. Where it was possible and necessary a full photospheric spectrum was used to illuminate the wind line. The terminal velocitiesv are are found to be largest in the Galaxy, smallest in the Small Magellanic Cloud, and intermediate or similar to galactic in the Large Cloud.     

固体火箭发动机环缝式气动喉部研究

对固体火箭发动机气体二次流控制的环缝式气动喉部方案进行了数值模拟.研究了二次流不同喷射位置、角度、流率及喷嘴几何参数对气动喉部调节性能的影响规律.计算得到了气动喉部的流场特征,即气动喉部的声速线起点在二次流喷口的下游,并得到了气动喉部特征存在的喷注范围.结果还表明使二次流的喷入位置越靠近喉部、增大二次流流量或减小喷射角度都能明显增加气动喉部调节性能.