绕翼型跨音速大扰动对称势流的插值混合差分法

 本文将跨音速定常小扰动势流混合差分法推广到跨音速大扰动定常势流,提出了在局部速度坐标系中求解跨音速精确势流方程的插值混合差分法。作为算例,计算了双圆弧翼型和NACA0015翼型对称问题压力分布,并与已知实验值和双圆弧翼型小扰动混合差分法计算值进行比较,结果接近。试算表明,本文提出的插值混合差分格式是稳定和收敛的。本文解决了M_∞趋近于1的计算难点。     

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。     

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。     

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。     

一种求解全位势方程的跨音松弛法

 本文发展了一种适用于求解二维跨音速叶栅流场的松弛方法。采用流线和平行于y-轴的直线族组成的非正交网格系统,在物理平面中求解全位势方程,沿流线构造相关差分格式。数值结果表明,本方法具有收敛速度快、差分格式稳定的优点,松弛150步以后,便可获得基本满意的结果。计算结果和物理分析一致,和试验数据相近。     

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。     

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。     

绕钝前缘翼型定常跨音速小扰动势流的一种计算方法

提高钝前缘翼型的跨音速压力分布计算方法的精度与效率对翼型设计十分重要。国内对跨音速小扰动势流方法进行了研究,但对M_∞>0.8的超临界情况尚未计算。国外文献[3]指出当M_∞>0.9时完全速势方程的一种方法失败了。 本文试图改进经典的小扰动势流方程,探索比较稳定的迭代方法和超松弛方法,以克服超临界流计算常常不易收敛的困难,使小扰动势流计算的应用范围扩大到更高的M     

后掠机翼跨音速绕流的二级近似方法

本文采用TSDH方程计算三维后掠机翼的跨音速绕流,考虑了适用于机翼钝前缘的前缘边界条件和前缘速势方程。采用Jameson格式在不等步长格网中的推广形式,把TSDH方程离散化为差分方程组。然后,在整个计算空间内布置稀网,在机翼附近再布置密网,进行稀密网的交替迭代,以加速收敛和提高计算精度。对ONERA M6机翼的超临界无激波和有激波情况的计算表明,TSDH解与FVP解和风洞试验符合良好。     

机翼无粘跨音速绕流数值计算

本文介绍机翼无粘定常跨音速绕流的一种数值计算方法。选用全势方程作为数学模型。用适当的坐标变换把后掠翼变成矩形翼,再把无限物理空间变成有限的计算空间。在计算空间中,用混合型有限差分格式对方程离散化。差分方程形成的代数方程组用线松弛迭代求解。逐次加密计算网格,使计算较为经济。     

二元定常跨音速流有限差分计算中的初场问题

为研究初场对计算结果的影响,本文从二元定常跨音速小扰动方程出发,用混合有限差分松弛迭代法对NACA 0012翼型作了计算。计算结果表明,在来流为超临界的情况下,用非守恒差允格式捕捉激波时,以低熵值的初场(零值、小于计算攻角或马赫数的计算结果)进行迭代计算,就能较好地获得正确的收敛解,否则就可能得出错误的收敛解。在亚临界情况下,流场不出现激波,所以计算不受初场选取的影响,即收敛解是唯一的。     

跨音速喷管化学反应流数值模拟

用时间相关的半隐格式有限差分数值方法求解了化学非平衡反应跨音速喷管流场，在喷管收敛段，流动接近化学平衡状态，控制方程的刚性问题严重，数值积分困难。通过对时间差分项隐式离散、对空间差分项显式离散，流场边界采用参考平面上的特征线法计算等，成功地解决了由于化学反应有限速率带来的数值解不稳定问题。该格式简单、需要计算机存贮空间少。本文完成了一维和轴对称非平衡化学反应喷管流动计算，并与化学平衡流和冻结流的计算结果做了比较。     

多重网格法求解二元跨音速欧拉流

 近年来,采用时间相关欧拉方程或N-S方程求解跨音速流得到了迅速发展。为了获得二元或三元复杂形体正确的表面气动参数和足够高分辨率的流场物理特性,必须采用十分细密的网格,因而导致计算时间成倍增长。为此,除继续发展各种差分格式,探讨各种自适应网格技术外,运用多重网格技术加速收敛过程得到了国外普遍关注并取得了一定的成功。国内也已有采用多重网格法解跨音速欧拉流的文章,然而均局限于两重网格的计算。为探索多重网格法和焓阻尼技术对加速收敛的作用,我们以NACA0012翼型的跨音速流动为例,采用MacCormack两步显式格式进行了数值实验。     

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。     

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。     

轴对称跨声速流全速势方程的一种解法

本文将Holst的求解跨声速全速势方程的AF2格式，推广到求解相应的轴对称流动问题，基本思想是将轴对称流的速度势方程分解为二维流效应和轴对称流效应两部分。在计算残值时，自然能上能下两部分都要考虑，但在进行近似因子分解时，只考虑二维流部分，而略去轴对称效应部分。算例表明，本方法收敛性很好，一般只要迭代30至50次。物体被考虑为半无限长的旋转体，而对有限长的物体则可看作截面积收缩为零的特例。采用C型网格的贴体坐标。用Laplace方程生成网络，并用快速收敛的AF1格式求解。     

轴对称跨音速进气道外罩绕流的高效差分算法

 本文考虑轴对称跨音速进气道外流场的有限差分计算方法。采用守恒型位流方程、贴体坐标网格和精确边界条件,根据最佳收敛准则对轴对称情形设计出新的近似因式分解迭代格式,并将所设计的格式应用到计算皮托式进气口的轴对称跨音速流场。对几种典型进气口的计算表明,本文格式收敛快,计算结果与实验符合很好。     

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。     

任意翼型跨音速绕流守恒全速势方程的快速有限差分解法

一、引言 目前求解翼型跨音速绕流全速势方程比较好的有限差分解法,主要有二种:一种是Garabedian,Korn和Jameson所发展的方法。这种方法先将物理平面上翼型外部区域保角转绘到圆内,然后在圆内交替使用快速直接解法和线松弛技术,求解全速势有限差分方程。由于圆心对应物理平面的无限远点,速势在该点为无限大,为了避免这种奇性,Jameson引进了扰动速势以除去包含这种奇性的自由流速势,使主管方程     

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。