非圆截面弹体法向气动力估算方法研究

从位势理论出发，引进小扰动细长体理论中的部分思想，建立了任意截面弹体法向气动力的理论基础，推导出工程估算方法。该方法通过求解仅与截面形状有关系数，对巳有的圆截面弹体气动力进行修正，很方便得到任意非圆截面弹体气动力特性。该方法预测结果与实验数据进行比较，具有较好精度。     

亚、跨音速导弹气动力的有限差分计算

本文介绍亚、跨音速导弹纵向气动力特性计算的有限差分方法。采用园柱座标系,用变步长的混合差分格式进行线超松弛改进迭代计算。速势方程考虑了x向大扰动,并把精确边界条件嵌入到头部的速势方程中,以适用于计算钝头外形的要求。对尾部收缩的弹体,翼涡沿其平面伸展到收缩部分,以模拟涡面对尾翼和尾段的影响。 所建立的程序适用于计算任意形状旋成体弹身,翼身组合体及翼身尾组合体的表面压力分布和纵向气动力系数。 为鉴定方法的有效性和程序的正确性,对三个不同的气动外形进行了计算,与风洞实验结果比较,基本符合。     

基于非线性气动力的飞机飞行载荷计算

为了研究气动力非线性对飞机静气动弹性特性及飞行载荷的影响,发展了一种基于非线性气动力的飞机静气弹及飞行载荷计算方法。通过引入CFD计算结果,实现对线性方法中的气动力影响系数矩阵的非线性修正,采用模态法求解静气弹配平方程得到飞机非线性的气弹变形及飞行载荷。以某翼身组合体构型为计算算例,分别针对刚性模型和柔性模型,基于非线性气动力完成了飞机静气动弹性分析及载荷计算,并与线性结果进行了对比分析。结果表明,非线性方法可对大迎角范围内飞机静气弹变形及飞行载荷做出较合理的预测。     

飞行器非圆因子和翼身干扰因子修正系数的数值解

提出了飞行器任意形状截面表观面积的数值计算模型和方法,从而求解非圆因子(即非圆剖面与当量圆剖面局部法向力系数之比)和翼身干扰因子的修正系数。计算结果与解析解进行了比较,可看出该计算方法具有精度高和广泛通用性的特点。它对复杂飞行器大迎角(含小迎角)气动特性工程估算有现实的使用价值。     

类乘波体飞行器的气动力工程计算

为估算高超声速类乘波体飞行器的纵向气动力,以三角形面元逼近飞行器外形,根据飞行器迎/背风面情况分别采用达黑姆-巴克法、普朗特-迈耶耳法、切锥法和膨胀波方法计算无粘气动力;通过经验公式估算粘性阻力,并考虑飞行器主要部件之间的气动干扰情况,计算了翼片之间、翼身之间的气动干扰因子,得到整个飞行器的气动力。为验证该方法,以某飞行器为例进行了计算,计算结果与CFD吻合。     

翼-身组合体跨音速守恒型全位势流AF2高效算法的应用

 本文用Joukowski交换将圆截面机身的每一横截面逐一转绘为垂直切缝,因而将翼-身组合体转绘为某单独机翼。我们用作者采用过的数值保角转绘法对转换的单独机翼生成O型贴体坐标网格,然后用逆转绘构造翼-身组合体绕流的O型贴体坐标网格。跨音速计算采用守恒型金位势方程,精确边界条件和AF2高效有限差分迭代算法。本文指出,只需少量修改,就可将单独翼分析程序扩展为可同时适用于翼-身组合体。本文考虑的组合体其机身为有限或无限长,圆形截面,机翼前后机身轴线允许弯曲;机翼有任意平面形状,但翼尖弦长不能太短。     

飞行器翼身结合部的散射特性分析

飞行器翼身结合部构成的两面角反射器是一个很强的电磁散射源,但由于其一个表面弯曲,分析这种结构的散射十分困难。采用复射线展开法和几何绕射法分别处理镜面多次反射和边缘绕射,计算了这种复杂结构产生的电磁散射和雷达截面贡献,分析了翼身两面角和机身半径等几何参数对目标雷达截面的影响。结果表明是一种有效的雷达截面预估方法,通过结构几何参数的计算机优化,可以显著地减小翼身结合部的雷达截面贡献。     

非圆截面弹体附加表面积工程估算方法研究

引入附加质量、附加表面积的概念 ,给出基于细长体理论的非圆截面弹体附加表面积的工程估算方法 ,并提出了计算带倒角圆的正方形和不同顶角菱形附加表面积的通用公式 ,通过计算值与理论值的比较 ,误差在 2 %以内。并通过利用附加表面积计算的弹体法向力系数与试验值进行比较 ,法向力系数计算误差在 10 %以内 ,说明用本方法计算的附加表面积可以在工程初步估算时应用。     

DLR-F6/FX2B翼身组合体构型高阶精度数值模拟

基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和结构网格技术,采用五阶空间离散精度的加权紧致非线性格式(WCNS)和剪切应力输运(SST)两方程湍流模型,开展了DLR-F6和DLR-F6_FX2B 2种翼身组合体构型的高阶精度数值模拟,计算外形来自AIAA第三届阻力预测研讨会。主要目的是确认WCNS模拟跨声速典型运输机构型和预测局部构型变化引起的气动特性变化量的能力。在固定升力系数条件下,采用粗、中、细3套网格开展了网格收敛性研究,从气动力系数、压力系数分布、表面流态等方面研究了网格规模对DLR-F6和DLR-F6_FX2B翼身组合体数值模拟结果的影响;采用中等网格开展了来流迎角对2种翼身组合体气动特性的影响研究。通过与National Transonic Facility(NTF)的试验结果和CFL3D的计算结果对比,表明采用高阶精度计算方法得到了网格收敛的数值模拟结果,较好地模拟了DLR-F6翼身组合体局部修型引起的微小气动特性变化和翼身结合部流动特性的差异。     

基于修正偶极子格网法的跨音速颤振分析

针对工程上翼面的跨音速颤振计算存在的问题，阐述了修正偶极子格网法的跨音速颤振计算方法。采用较为精确的定常气动力数据，对工程上常用的偶极子格网法（DLM）的气动力影响系数矩阵（AIC）进行修正，考虑了翼型、厚度及粘性等影响非定常气动力的因素，并将改进后的非定常气动力用于某超临界机翼的跨音速域的颤振计算，结果较好地预测到了跨音速“凹坑”现象。     

亚音速复杂组合体表面压力分布及气动力特性数值计算方法

本文从亚音速小扰动位势方程出发,给出了计算任意复杂组合体表面压力分布和纵向气动力特性的基本解的数值计算方法。把全机表面划分成许多网格,在每个网格上布置基本解以模拟物体,用物面上没有法向气流穿透的边界条件决定基本解的未知强度,从而计算出物面压力系数,积分出总气动力特性。该方法适用于任意形状的机身及任意平面形状、任意厚度、弯度和扭转分布的机翼(尾翼),机翼(尾翼)可以带有两段后缘操纵面。为降低对电子计算机存贮量、速度和稳定时间的要求,本方法采用了机翼、机身、尾翼部件之间的循环迭代求解。     

微型飞行器小展弦比薄翼流场的不可压数值模拟

采用虚拟压缩方法求解三维不可压缩N-S方程,数值模拟了无弯度、有弯度两类微型飞行器低雷诺数小展弦比薄翼的流场,将得到的结果与实验进行了对比,数据间有较好的一致性.然后在此基础上分析了弯度、展弦比等因素对小展弦比薄翼气动力特性的影响以及翼尖涡随攻角、展弦比的变化规律,发现翼尖涡是影响小展弦比薄翼气动力的一个重要因素.     

动态网格快速生成及组合体跨音速非定常气动力计算

采用代数方法、局部变形技术及快速动态弹性变形技术生成三维翼/体组合的贴体动态网格。用时间精确近似因式分解差分方法求解守恒型非定常全位势方程。考虑附面层影响，通过粘/位迭代得到跨音速翼/体的非定常气动力。所得结果与实验数据相比相当吻合。     

基于当地流活塞理论的翼-身组合体飞行器大攻角超声速颤振分析

基于当地流活塞理论推导了旋成体机身和任意外形三维机翼非定常气动力计算公式,结合CFD数值仿真,将当地流活塞理论推广用于复杂外形飞行器全机大攻角超声速颤振计算。以翼-身组合体面对称外形飞行器为例,进行带攻角的超声速颤振计算,并与非定常气动力采用CFD全数值仿真求解得到的颤振计算结果比较,验证了本文方法的正确性和效率。     

翼—身—尾组合体绕流的Euler方程计算

本文采用重迭网格技术和Ｅｕｌｅｒ方程计算翼－身－尾组合体绕流。对翼－身与尾－身部分采用各自的Ｈ－Ｏ型网格。Ｅｕｌｅｒ方程求解采用Ｊａｍｅｓｏｎ有有限体积法，即中心差分挖和显式Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ时间推进。采用前后区交替迭代使前后两区通过重迭区交换信息。本文用ＮＡＣＡＴＮ４０４１翼－身－尾模型为例，计算的空气动力特性与实验符合较好。     

机体尾缘形状对高压捕获翼构型亚声速特性影响

基于圆锥-圆台组合平板捕获翼构型，通过改变尾缘展向扩张角，获得一系列不同外形，在典型亚声速（Ma=0.5）来流条件下开展数值计算，并重点分析了机体尾部截面形状和攻角变化对流动特性和气动特性的影响。结果表明：在0°攻角状态下，机体尾截面展向变宽，机体与捕获翼之间的流场区域对来流的扩张减弱，机体圆台上表面的逆压梯度减小，可有效抑制机-翼之间流场内的流动分离现象，同时整机升力系数增大，阻力系数先减小后增大。随攻角增大，机体圆台上表面压力增大，分离区范围逐渐缩小直至消失，机体尾截面展向变宽可加速分离区消失的进程。当攻角进一步增大时，机体背风面出现横向绕流，但机体尾截面展向变宽可以延缓横向绕流的发展。计算结果还表明，随攻角增大整机升力及阻力主要由捕获翼贡献，机体贡献的气动力随攻角变化不敏感，机体尾截面展向变宽对整机焦点位置影响较小。机体下表面几何形状变化对机体与捕获翼之间的区域内流动特性和捕获翼部件的气动力特性无明显影响。     

基于非结构网格的翼身组合体绕流数值模拟

应用投影变换的方法生成三维翼身组合体的表面网格，提出了新的三维空间多层背景网格生成方法．在背景网格建立和三维初始推进面生成的前提下，利用推进阵面法生成了翼身组合体的三维空间网格，并应用网格光顺技术和变换方法，改进了初始生成网格的质量。应用格心格式的有限体积法对翼身组合体绕流进行了Euler方程的数值模拟，得到了较为满意的计算结果。     

机翼和翼身融合体跨音速绕流有限元算法的研究

从全速位方程出发研究了机翼和翼身融合体跨音速绕流的有限元算法。给出适用于有限元法和复杂外形的块结构网格生成技术和使单元系数矩阵积分数目减少2/3的方法;并发展了一种内存量少的总体系数矩阵存贮方式。为了提高有限元离散方程组解的精度和加速收敛,提出α—GMRES算法代替传统全速位方程有限元解法中所习用收敛慢的线松弛迭代解法。通过机翼和翼身融合体实例考核,效果是好的,为飞行器先进气动布局的数值计算提供了一种新的有效算法。     

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。     

微型飞行器小展弦比薄翼流场中的翼尖涡特性分析

采用虚拟压缩方法求解三维不可压缩N-S方程,数值模拟了无弯度、有弯度两类微型飞行器低雷诺数小展弦比薄翼的流场,将得到的结果与实验进行了对比,数据间吻合较好.然后在此基础上分析了小展弦比薄翼的气动力特性,详细研究了小展弦比薄翼流场中翼尖涡的涡态结构及形成规律,在对小展弦比薄翼流场尾迹区的翼尖涡采用近似模型的基础上,对尾迹区翼尖涡的强度进行了分析.结果表明,翼尖涡是影响小展弦比薄翼气动力和流动分离特性的一个重要因素.