绕三维物体亚音速振荡位流及其在飞行器动导数计算上的应用

 本文介绍处理不同外形三维物体亚音速振荡绕流一种统一的方法。本方法的主要特点是采用有限元素法直接解由格林定理导出的物面速势积分-微分方程以求得物面的速势分布,然后再用有限差分法对速势进行微分求物面的压力分布。 由于本方法理论上比较严格,适用于复杂外形物体绕流的计算,所得结果又比较准确,因此近几年来在国外得到越来越广泛的应用。在本文中,采用了与有关文献相同的基本方程,但在气动影响系数的计算上略有不同,本文并将这一方法应用于飞行器动导数的计算,所得的结果与实验结果符合。     

螺旋桨飞机俯仰力矩特性改进方法

螺旋桨滑流对飞机各部件的气动干扰造成飞机的俯仰力矩特性恶化,危害飞行安全。开展螺旋桨滑流对螺旋桨飞机俯仰力矩特性的影响机理研究和螺旋桨滑流作用下螺旋桨飞机俯仰力矩特性改进方法研究十分重要。采用动态重叠多块结构网格,通过求解非定常雷诺平均可压缩Navier-Stokes方程,数值模拟了某螺旋桨飞机不同拉力系数下降落构型的绕流流场。结果显示螺旋桨滑流对机翼、平尾的气动干扰是导致飞机俯仰力矩特性恶化的主要原因,改进螺旋桨飞机俯仰力矩特性的关键是改进其平尾的升力特性。以拉力系数等于0.4时的降落构型为优化对象,开展了俯仰力矩特性的改进方法研究,包括降低平尾高度、改变平尾上反角、抬高螺旋桨轴线等方法。研究发现在不增大机翼对平尾整体下洗强度的前提下,减小平尾和螺旋桨轴线的垂向距离,可以明显地改善螺旋桨飞机的俯仰力矩特性。     

Stochastic analysis of two dimensional nonlinear panels with structural damping under random excitation

Stochastic behavior of panels in supersonic flow is investigated to assess the significance of including the damping caused by the strains resulting from axial extension of the panel. The governing equations of motion are based on the Von Karman's large deflection equation and are considered with Kelvin's model of structural damping. The panel under study is two dimensional and simply supported for which the first order piston theory is used to account for the unsteady aerodynamic loading. Transformation of the governing partial differential equation to a set of ordinary differential equations is performed through the Galerkin averaging technique. The statistical response moment equations are generated for two modes using the Fokker–Planck equation with a Gaussian closure scheme. The response moments history and their steady state values are considered. Comparison with previous studies shows that the new nonlinear damping term developed through modeling has a significant effect on the response moments. This is verified through analysis of the effects of external pressure and in-plane force spectral density, air-to-structure mass ratio and structural damping ratio on the mean square value of modal amplitudes.     

利用微气囊扰动进行流动控制的数值模拟研究

探讨一种可以用来模拟“三角翼上分布微气囊，从而控制流动获得滚转力矩”的数值方法。为微型飞机的气动设计提供一种工具。研究的内容包括：考虑微气囊的三角翼网格生成、流场NS方程计算、微气囊不同布局对流动的扰动等。     

某型民机着陆构型粘性气动力计算

采用ICEM对某型民机着陆构型进行多块结构化点对点网格剖分,运用基于N-S方程的WISE MAN PLUS软件对该构型低速粘性复杂流场进行数值模拟.在进场条件下,计算的升力和试验值误差在3.8%以内,俯仰力矩和试验误差在3.6%以内;计算与试验失速迎角差别在1°左右,最大升力系数较试验小6.3%.同时还给出了一些流场显示结果,对复杂流场进行了机理分析.计算与风洞试验结果符合较好,满足工程需要.     

集中力作用下悬臂梁几何中轴的弹性大挠度分析

以平截面假定为基础,并以几何中轴作为梁变形的参考轴,推导了大挠度情况下,弹性梁在轴力和弯矩联合作用下几何中轴的曲率——弯矩和轴力方程,并建立了求解几何中轴变形曲线的方程组,这样的方程组考虑了梁轴向变形的影响,克服了以中性轴作为梁变形参考轴时不能考虑轴向变形的不足。利用所建立的方程组,分析了受集中力作用的弹性悬臂梁大挠度问题,并同以中性轴作为梁变形参考轴的部分结果进行了对比。结果表明,当载荷较小时,2种理论计算出的弹性大挠度悬臂梁的变形曲线差别很小;而当载荷较大时,2种理论计算出的弹性大挠度悬臂梁的变形曲线存在比较明显的差异。     

稀薄流到连续流的气体运动论统一数值算法初步研究

从非线性模型Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方程出发,引入简化速度分布函数、使用离散速度坐标法对速度空间进行离散、降维,去掉分布函数对速度分量的连续依赖性;采用时间分裂法,将简化速度分布函数松驰变化方程分解为源项碰撞变化方程、对流运动方程,进行耦合计算,应用ＮＮＤ耗散差分方法直接模拟气体分子速度分布函数;发展离散速度数值积分法,通过宏观取矩获取物理空间各点的流动参数,从而建立一套能有效模拟各流域气动问题的简化的     

总压形式的能量方程与热阻问题

本文根据热力学第二定律的熵方程和稳定流的能量方程导出了用总压表示的一维定常流的能量方程。这是不同于稳定流能量方程和伯努利方程的另一种形式的能量方程。     

Robust and efficient computation of turbulent flows around civil transport aircraft at flight Reynolds numbers

This work aims at providing numerical methods that enable the robust and efficient simulation of turbulent flows around civil transport aircraft configurations at flight Reynolds numbers. Robustness problems related to the multigrid treatment of advanced transport equation turbulence models have been identified preventing convergence of simulations at high or flight Reynolds numbers. Therefore the application of multigrid to the turbulence equations is omitted while the multigrid treatment of the mean flow equations stays unchanged. Moreover, a fully implicit time integration scheme – a DDADI approach – is applied to the turbulence equations. The new approach raised robustness to a sufficient level to converge viscous computations at flight Reynolds numbers. Furthermore, the convergence speed of aerodynamic coefficients for three dimensional applications has also been improved significantly.     

Numerical study of transonic separation flow using an anisotropic turbulence model

A transonic turbulent separation flow in a converging-diverging transonic diffuser was studied, when there existed a separation bubble on the top wall of the diffuser triggered by strong shock-wave-boundary-layer-interaction (SWBLI). To capture the essential behavior of this complex flow, the current study utilized an anisotropic turbulence model developed on the basis of a statistical partial average scheme. The first order moment of turbulent fluctuations, retained by a novel average scheme, and the turbulent length scale, can be determined from the momentum equations and mechanical energy equation of the fluctuation flow, respectively. The two physical quantities were readily used to construct the nonlinear anisotropic eddy viscosity tensor and to significantly improve the computational results. Comparisons between the computational results and experimental data were carried out for velocity profiles, pressure distribution, skin friction coefficient, Reynolds stress as well as streamline vectors distribution. Without using any empirical coefficients and wall functions, the numerical results were in good agreement with the available experimental data, further confirming that the nonlinear anisotropic eddy viscosity tensor is the decisive factor for the success of the computational results.     

燃气排导箱三维场的数值计算

对燃气排导箱内的典型三维稳态流动过程进行了粘性不可压数值计算,采用较为成熟的ＳＩＭＰＬＥ方法。所发展的计算程序可求解质量、动量和能量守恒方程,ｋ－ε双方程湍流模型方程,以及热辐射通量方程,并进行了程序的算例验证。三维燃气排导箱内的计算结果也得到了一些实验测量的数据的验证,得出一些有工程实用价值的结果和结论。     

高超音速化学非平衡钝劈绕流数值计算

 自1970年Davis提出粘性激波层方法以来,用数值方法求解高超音速轴对称钝体绕流问题国内外已做了大量工作,但至今仍未见到关于平面问题的计算结果。对于平面问题,虽然方程在形式上比轴对称简单,但由于二维效应,激波层较厚,用文献[2]的方法向下游区推进有困难。另外,在驻点线上采用极限关系式虽能克服方程的奇性,但驻点解对流向步长Δξ有依赖。     

WNND格式在稳态问题中的应用

基于二阶NND格式,引入Jiang和Shu的空间模板加权思想,构造了一种空间守恒变量型三阶精度的Weighted NND格式(WNND格式),通过组合波、球头以及Stardust返回舱绕流等多个算例对WNND格式进行了验证,数值结果表明,WNND格式引起的耗散和波动较小,并且能够高精度地分辨间断.在返回舱数值模拟中,引入了ADI隐式时间离散方法,加快了收敛速度,提高了计算效率.     

Numerical simulation of the flow in the rotation cavities of turbopump assembly

The flow of viscous incompressible fluid in the lateral rotation cavity of centrifugal pump is considered. The finite-difference equations have been developed for numerical simulation of the flow in view of shear stresses in a spatial boundary layer that allow a disk resistance moment to be defined. The numerical results are presented.     

COMPUTATION OF COMPRESSIBLE FLOW PAST SLENDER WING－BODY USING FULL－POTENTIAL EQUATION

ＣＯＭＰＵＴＡＴＩＯＮＯＦＣＯＭＰＲＥＳＳＩＢＬＥＦＬＯＷＰＡＳＴＳＬＥＮＤＥＲＷＩＮＧ－ＢＯＤＹＵＳＩＮＧＦＵＬＬ－ＰＯＴＥＮＴＩＡＬＥＱＵＡＴＩＯＮＨｕａｎｇＭｉｎｇｋｅ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅ...     

三维舵面绕流的N-S方程计算研究

基于粘性非结构混合网格,采用格心格式的有限体积法,应用Spalart-Allmaras湍流模型进行绕三维舵面流动的N-S方程数值模拟。操纵面铰链力矩的计算结果与风洞试验结果的对比分析表明,计算方法对粘性流动具有良好的适应性。对舵面铰链力矩随迎角、马赫数、雷诺数变化的规律也进行了分析研究。     

三维副翼铰链力矩计算

 数值模拟了带副翼偏转构型的二维、三维亚、跨、超声速来流情况的绕流流场,采用有限体积方法和AUSM+迎风格式数值求解N-S方程,四步龙格-库塔时间推进,湍流模型为Baldwin-Lomax和Spalart-Allmaras湍流模型。二维模拟压强分布与实验数据以及CFD软件模拟结果吻合较好。采用交错对接网格,数值模拟了不同副翼偏角和缝隙、来流马赫数、迎角和雷诺数的三维构型流场。通过舵面铰链力矩与实验数据的对比分析表明了该数值方法模拟此类复杂流场的可靠性和舵面铰链力矩计算的有效性。发现并研究了亚声速来流时铰链力矩随迎角的反向变化趋势,初步分析了副翼的缝隙和雷诺数效应。     

准则方程形式的探讨

应用积分方程求解换热问题,不仅数学运算较简单而且计算结果具有很好的直观性,容易看出理论解的物理意义,其计算结果使人们一目了然。下面我们利用积分方程,在第一类边界条件求解Pr=0.001～7500的流体绕流平壁层流换热问题。      

双三角翼及其翼身组合的滚转运动特性比较研究

采用Navier-Stokes方程与滚转运动方程耦合计算方法,比较研究了不同后掠角的双三角翼和翼身组合体的滚转运动特性,分析了机翼前缘后掠角及细长机身对非定常滚转力矩时滞环、动态流场结构和物面瞬时压力分布的影响。研究结果表明：主翼迎风面上的融合涡能量在80°/60°双三角翼上耗散较小,而在76°/40°双三角翼上耗散严重,这是造成两模型滚转力矩稳定性与时滞特性差异的主要因素;机身对气流的扰动作用,大幅增强了滚转力矩的线性分量;机身对气流的上洗作用,增强了边条涡与融合涡吸力及其时滞性,同时加剧了主翼背风面的两涡干扰;大滚转角时机身对横流流动的干扰,使得主翼背风面压力分布的时滞差异显著增加。该研究结果有助于认识后掠角与细长机身影响双三角翼滚转运动特性的物理机理。     

全耦合的一维两相喷管流的数值解

本文对控制方程组作了无因次处理,用龙格-库塔-基尔法进行了数值解。计算了五种粒度及两种微粒-气体质量流率比下微粒速度滞后及温度滞后;气相和凝相参数沿喷管长度的变化。分析讨论了所获得的结果,并简要地评论了几种一维两相喷管流模型。