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。     

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。     

翼-身-尾组合体的网格生成及 Euler 方程数值模拟

采用代数方法快速生成翼-身-尾组合体三维O-C型贴体网格。该代数网格生成方法使用双边界法,可保证物面附近近似正交,真实地模拟了机身头部及与机翼、尾翼交界处的形状,提高了代数方法生成网格的质量。并用中心格式有限体积法求解跨声速Euler方程,以某翼-身-尾组合体模型为例,计算结果与实验符合良好。     

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。     

网格嵌套法在复杂流场计算中的应用

研究了机翼机身组合体带有外挂物如导弹、短舱等的流场特性，在计算中，机翼机身作为整体生成网格，外挂物单独生成网格。     

复杂组合体气动力的高阶面元法数值计算

本文论述了采用高阶面元法计算包括机身、机翼、尾翼、挂架、外挂物在内的复杂组合体的亚音速气动力。复杂组合体分解为若干部件,每一部件以若干网片描述,并剖分为有限数目的面元。本方法中以一个或多个平面多边形近似曲面面元。在每一个面元上布置二次偶极子奇性分布,利用边界条件建立确定偶极子强度的线性方程组,从而接得偶极子强度并计算所需要的气动力参数。     

亚超声速位流场中复杂组合体的压力分布与气动特性的数值计算

本文对F.A.伍德华得的亚超声速位流场中组合体的气动分析方法作了进一步的研究和改进。改进表面边界条件方案中前缘涡面的处理;在翼身交接区内,采用改变机身内部过渡涡位置和纵向分块数的方法,改善了超声速流中组合体上的压力分布;采用了实用的物体表面几何处理方法,扩大了计算程序的几何描述能力。本文简要描述了机翼-机身-尾翼(包括垂尾短舱等部件)复杂组合体的压力分布和气动特性的数值计算方法,介绍了多种简单组合体和复杂组合体在亚超声速位流场中的计算结果,并与实验数据作对比。理论计算和实验数据比较一致,复杂组合体的计算结果表明,计算精度基本上能够满足初步选型设计的要求,可供实际使用。     

翼-身组合体绕流的Euler方程数值模拟

用代数方法生成翼-身组合体H-O型网格,并用有限体积法研制出翼-身组合体绕流三维Euler方程计算程序。该方法的特点是改进了机身与机翼表面网格点分布,机翼后缘有后掠时也能保证后缘与网格线一致。程序除能按常规提供横流截面展向压强分布外,还能提供弦向压强分布。对NASA TND-712的翼-身组合体模型的计算结果与实验符合很好。     

基于物面弱边界条件的并行全隐式流场求解方法

提出了一种基于物面弱边界条件的Navier-Stokes方程并行全隐式求解方法。首先,实现了非结构网格格点格式有限体积法的粘性物面弱边界条件。以此为基础,推导了相应的粘性Jacobian矩阵。相比传统的物面强边界条件,弱边界条件的应用简化了该推导过程。接着,为了解决Spalart-Allmaras(S-A)模型的收敛和保正性问题,提出了基于物面弱边界条件的S-A模型无条件保正性收敛方法,通过构造特别的隐式矩阵同时保证S-A模型的收敛和湍流工作变量的正值。流场方程全隐式时间推进和无条件保正性收敛方法所得到的线性方程组采用多色高斯-塞德尔迭代法进行求解,并由MPI实现并行化。通过若干二维和三维算例对本文所提出的方法进行了测试,其结果表明:1)随着罚系数的增大,基于弱边界条件的结果趋向于基于强边界条件的结果;2)对于力的计算,弱边界条件自动满足通量一致关系而无需特别处理。     

多重网格法求二元跨声速流在一种半自适应网格上的欧拉解

本文采用MacCormack两步显式格式,用有限体积法求解了二元跨声速欧拉流。推导了物面边界条件,采用了特征远场边界条件及远场环量修正。利用保角变换方法生成O型贴体网格,并修改得到了一种在激波处局部加密的半自适应贴体网格。采用多重网格及焓阻尼加速收敛技术计算了NACA0012翼型的跨声速气动特性,得到了十分满意的收敛过程和计算结果。     

机体/动力装置一体化分析中的动力影响效应数值模拟

采用合适的进、排气边界条件, 对带动力的单独涡扇发动机模型和带动力的DLR-F6翼身架舱复杂组合体(WBPN)模型的流场进行了数值模拟和分析.运用Roe三阶迎风偏置通量差分裂方法和隐式近似因子分解方法求解雷诺平均Navier-Stokes方程, 基于点搭接多块网格技术生成高质量计算网格, 通过多重网格技术来加速收敛.着重对动力发动机进、排气边界条件的给定进行了推导, 以准确地模拟发动机动力效应.计算结果与实验值吻合良好, 验证了所采用计算方法、网格分块策略和边界条件处理方法的正确性.      

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。     

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。     

用欧拉方程计算机翼与翼身组合体绕流

本文用保角转绘加剪切变换生成三维机翼与翼身组合体Ｃ－Ｈ型网格，并在这类网格拓扑上，用有限体积法研制出可供分析机翼与翼身组合体绕流的三维欧拉方程计算程序。本方法的特色是改进了机翼表面网格点的分布，使机翼后缘与网格线一致；采用了当量机身，使机岙表面到对称面光滑过渡；嵌入了边界层粘性修正。改善了计算结果。数值计算表明，对粘性影响较大的超临界绕流，边界层修正效果显著。     

一种适用于飞行器复杂外形的表面与空间网格生成方法

本文通过建立反映机身横截面外形特征的控制点概念，及在控制点间分配网格点数方式，给出了一种非常实用、交互式的表面网格生成方法，所生成的网格失真度小，物体保形好，生成适用于CFD计算需要的表面网络花费的时间少，适用性强。基于无限插值理论，引入本文提出的网格正交控制、物面法向量控制、加权平均光顺措施，给出了一种改进的空间网格生成方法，有效克服了传统无限插值网格生成方法在复杂外形网格生成方面的缺陷，有效改善了网格的法向疏密性、贴体性及周向网格的均匀性，对真实飞行器部件网格生成非常迅速。以某飞行器复杂机身表面与空间网格生成，及无人机翼身组合体空间网格生成为例，检验了本文网格生成方法的实用性和有效性。     

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。     

鲁棒的结构网格自动化重叠方法

网格技术是目前数值模拟中的关键技术之一。重叠网格是一种放宽拓扑要求、减小网格生成难度的网格技术。本文以结构重叠网格为基础,分别针对挖洞、寻点以及洞面优化方法进行了研究和改进,同时完成物面网格重叠,形成了一套鲁棒的、自动化的网格重叠系统。在挖洞方面,结合“最小洞映射”方法,提出“复合式挖洞”方法,节省内存开销;在寻点方面,通过构建格心虚网格,保证搜索空间的连续性,同时结合“有效搜索”思想,排除部分对寻点无贡献的网格点,进而减少ADT叉树节点;在洞面优化上,改变填补判别法则并引入两类受保护洞内点,确保两层插值边界建立,提高鲁棒性;在物面网格重叠上,利用物面投影法完成坐标修正,实现物面附近网格流动变量的准确传递。为验证本文方法,分别对定常翼身组合体DLR-F6绕流和非定常机翼挂载分离过程进行了数值模拟,计算结果与实验结果吻合良好,表明该结构重叠网格系统对多物体间定常、非定常扰流具有较好的数值模拟能力和较高的模拟精度,具有较高的工程应用价值。     

飞机/外挂物组合体绕流的数值计算

采用嵌合体埋入方法计算带外挂翼-身组合体复杂外形的流动,将飞机/外挂物外形的流动区域分为机翼-机身和外挂物两个子区域,在机翼-机身子域上求解欧拉方程,在外挂物子域上求解全速势方程,通过两个流场的耦合迭代计算全流场的解。对C-5A飞机及某战斗机的计算表明,数值模拟与实验吻合。实现了不同子域流场使用不同方程的计算方法。     

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。     

基于RBF插值边界条件的笛卡尔网格方法

介绍了一种基于RBF(Radial Basis Function,径向基函数)插值处理物面边界条件的笛卡尔网格方法.整个流场采用有限体积方法计算,但是对于物面附近切割的网格计算域不完整,因此通过RBF插值来得到物体内部实单元上的值,从而使得流场计算顺利的进行推进.相比于其他插值方法来说,RBF插值特别适合于多维离散点的插值,不会因为插值点的位置关系而产生病态的系数矩阵,而且使用比较少的网格点就可以得到同最小二乘方法相当的精度.将这种方法应用于圆柱和翼型绕流中,得到了满意的结果,证明了方法的有效性,还对边界条件的各种不同形式对结果的影响作了对比.