用网格法计算任意平面形状超、亚音速机翼阻力

本文根据网格法计算出的压强分布,利用由远场法给出的机翼升致波阻和旋涡阻力公式,计算出在超、亚音速情况具有任意平面形状(在超音速情况可具有任意亚音速前缘形状)机翼的阻力,克服了用网格法计算具有亚音速前缘绕流时的困难,扩大了网格法在机翼气动力计算上的应用范围。按本文方法计算出的典型算例与解析结果比较得到了非常满意的一致。本文方法也同样适用于其它的机翼离散数值解。     

南京航空学院学报一九七九年总目录

、1才 1几︸!了、者专题综述有限元素法在解空气动力学非线性方程中的应用 及其前景关于紊流附面层差分解若干问题横侧向动态飞行品质概述现代直升机的先进技术直升机全机振动分析与控制杨昨生 曹起鹅(1) 谭振华(1)王适存、张晓谷、郭士龙(3) 张令弥(3) 理论与试脸研究侧滑绕流的小扰动渐近展开的内外解衔接法亚音速侧滑薄翼气动特性的数值计算方法跨音速流动中翼型抖振边界的确定用网格法计算任意平面形状超、亚音速机翼阻力有限基本解法中所用到的不可压涡计算亚音速定常流中偏转付翼时机翼—机身 组合体气动特性的涡格镜象法亚音速风洞三…     

锥型流解的表的应用

本文举例说明杜诺文主编的“高速飞机部件空气动力学”一书中所列出的锥型流解的表(参看书(2)第156页到165页)在解超音速薄翼问题中的应用。应用分以下三部分: 第一部分:对于最简单的问题可以直接查表。 第二部分:对于简单的问题可以用锥型流基本解的简单叠加来处理。这里举出了操纵面、有折线前缘的机翼以及前掠机翼的例子。 第三部分:对于复杂的问题可以利用锥型流基本解的积分叠加法来处理。这里举出了三角形机翼的滾转问题。对于超音速前缘情况,给出了精解;对于亚音速前缘情况,给出了近似解。最后举出了矩形机翼俯仰阻尼的问题。给出了纵向阻尼导数的精确式子。     

后掠机翼欧拉方程数值模拟

本文对后掠机翼用保角转绘加剪切变换生成C-H型网格,并在这类网格拓扑上,用Jameson的三维欧拉方程有限体积法,四步Runge-Kutta时间推进格式,研制出可供分析三维后掠机翼亚、跨、超声速绕流的计算程序。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。在数值计算中,通过附面层位移厚度计算,引入了附面层粘性修正,改善了计算结果。     

计算流体力学与面积律相结合的减阻设计方法

本文用跨音速面积律对某翼身融合体进行修形设计,并通过三维欧拉方程对修形前、后的融合体气动力进行了数值模拟。模拟结果的对比表明:在计算的马赫数范围内0.8≤M≤2.0,采用跨音速面积律进行优化设计能达到增升减阻的效果。     

亚音速侧滑薄翼气动特性的数值计算方法

本文利用变换坐标的方法,把处理来流平行于机翼对称面的涡格法推广到有侧滑的情况去.文中计算了亚音速流中侧滑薄翼的气动特性。机翼可以是任意平面形状和具有上反角。文中给出了一些算例,并把其结果与其他方法和实验数据比较,结果是令人满意的。     

非定常超音速侧滑机翼的气动力系数及动导数的数值计算

本文根据解超音速机翼反对称问题的点源分布法概念,在机翼平面上分布非定常超音速点源,并用特征线网格法进行离散数值解。本文在一般特征线网格法基础上发展了对具有侧滑角的任意平面形状非定常超音速机翼的数值解。按本文给出的具有侧滑角的非定常运动机翼的振型可计算出机翼作沉浮、俯仰、滚转诣振时的升力、力矩系数以及动导数(包括交叉导数)等。作为本文结果的特殊情况,即侧滑角等于零的正置机翼,按本文用非定常理论数值解对典型机翼计算出的动导数与传统的按准定常理论计算动导数的解析公式进行了比较和签定。结果表明本文的方法是令人满意的。     

亚音速飞机横侧向载荷分布与气动系数的奇点分布数值解法 (一)单独机翼

目前,关于机翼气动力的数值解法,多数是解决纵向问题,直接解决横侧向问题的尚少。本文在综合资料[1]、[2]的基础上,讨论了在有迎角和侧滑角情况下,涡格奇点分布法的气动模型。对几种平面形状的机翼侧滑气动力特性进行了数值计算,并与实验作了比较。     

航天飞机在再入段的亚音速空气动力特性的一种有效算法

本文采用吸力比拟原理,结合基本解的数值计算方法,用来计算航天飞机机翼从小迎角到大迎角(a=0°～30°)的亚音速纵向气动特性;而对零升阻力和机身气动特性,则用工程估算方法计算。由于目前的航天飞机,一般为下单翼的复杂外形翼-身组合体,根据文[9]的原理,可忽略翼-身干扰对纵向气动特性的影响。 本文导得可以计及涡效应的任意平面形状边条机翼的亚音速气动特性的计算公式,亦可计算尖梢机翼的展向升力分布。公式中所需的位流系数可采用涡格面元法进行数值计算来获得,压缩性效应则通过位流系数来计及。 本文计算了多种机翼和航天飞机的气动特性。与实验数据比较表明,本方法具有方法简便、计算快速和计算结果具有设计精度的优点,是计算航天飞机亚音速气动特性的一种有效方法。可供航天飞机初步设计使用,亦可作为航天飞机气动优化设计系统中的子系统。经过适当推导,本方法可推广应用于亚音速前缘的超音速情况。     

理想流体有位流动的电模拟(续)

第二部份:三元亚音速机翼举力面理论的电模拟 在第一部分中,已经阐述了应用电场模拟法解决二元机翼(翼型)的绕流问题。本文将通过对两种平面形状的平板机翼和一种平面形状的有相对扭转的机翼的实验研究,进一步阐述电场模拟法在解决三元亚音速机翼绕流问题方面的应用。同时为了估价实验数据的精确度,还引证了按举力面理论数值计算的结果与之比较。     

尖前缘任意翼型的超音速和高超音速俯仰安定性导数

本文推广了文[1]的欧拉方程摄动法,讨论了尖前缘任意翼型俯仰安定性导数的计算方法,并应用该方法计算了双圆弧翼型的俯仰安定性导数,其数值结果与文[2]的超音速线化位流方程有限差分法的数值结果比较,更接近于实验值。在激波附体的条件下,本文的方法可用于计算大迎角尖前缘任意翼型的超音速和高超音速俯仰安定性导数。     

亚音速薄翼圆柱机身和薄翼翼刀组合体的气动力分析和数值计算—涡格镜像法—

本文用涡格镜像法分析薄翼圆柱机身和薄翼翼刀组合体的气动力特性。机翼和翼刀被分成许多涡格,机身表面分成许多板块。每一涡格上置一条马蹄涡,每一板块上置一点源(汇)。圆机身内有机翼翼刀涡系对圆的镜象涡系,轴线上置二维偶极子。计算出这些奇点在各个涡格和板块的控制点上的诱导速度。根据合速必须与每一个控制点的物面相切的边界条件,建立联系这些未知的奇点强度与法向分速大小的线性代数方程组。用迭代法解出奇点强度分布。一旦这些强度求出之后,就可算出给定点的压强分布或载荷分布和其他气动力特性。 本文的计算方法已编成ALGOL—60语言源程序,可以在X—2机这样小型的机器上作数值计算。数值结果与文[1]等的计算值和实验数据都符合得很好。     

带振荡上仰翼型分离流研究

对带振荡的快速上仰翼型的非定常分离流问题进行了计算研究。采用微分形式的动力学方程和积分形式的运动学方程相结合的有效方法,以及可用于有分离流动的Baldwin-Lom ax 湍流模型,精确地模拟大雷诺数大攻角下的复杂流场。依据流场的不同特点,使用分区方法进行计算,保证了计算精度,大大节省了计算时间。文中分析研究了非定常前缘强旋涡的演化过程和气动力的变化,探讨了不同上仰率和振荡频率对分离流动的影响     

亚、超音速细长翼身组合体大迎角气动特性的计算研究

本文提出了一种适于初步设计使用、具有良好精度的亚、超音速细长翼身组合体大迎角气动特性的综合性计算方法。对大迎角情况下的涡升力,采用吸力比拟原理计算;位流升力的计算,采用基本解的数值计算方法。关于机翼翼剖面头部圆度和涡破碎对涡升力的影响,进行经验性修正。翼身干扰的贡献,通过翼身干扰系数进行计算。并按文[4]原理,将亚音速计算方法推广到亚音速前缘的超音速情况。对几种机翼与翼身组合体的计算结果表明,本文方法具有方法简便、计算快速和符合设计精度要求的优点。     

基于预处理的低速小展弦比机翼数值模拟

以雷诺平均的Navier-Stokes 方程为基础, 应用非结构混合网格技术,基于有限体积的时间推进预处理方法,对小展弦比机翼的低速流动进行了数值模拟.其中对流项的离散应用了基于Roe的Riemann近似解迎风格式,时间离散应用了基于LU-SGS的隐式格式.为描述湍流流动,采用了Spalart-Allmaras一方程湍流模型.为了验证本文方法对低速小展弦比机翼粘性流动的数值分析效果, 对几个不同展弦比的机翼进行了数值模拟.本文的数值结果与文献的实验数据基本一致, 表明本文方法能够准确模拟小展弦比机翼在低速流动时机翼的展弦比对其气动特性的影响.     

三维非结构混合网格高超声速流场并行计算

在非结构混合网格上对三维高超声速化学非平衡粘性绕流进行了基于PC-Cluster的分布式并行数值模拟.本采用区域分裂思想,研究了三维非结构混合网格区域自动分解技术,并以此为基础对高超声速化学非平衡绕流进行了并行数值计算.控制方程为多组分N-S方程,空间离散采用有限体积格心格式,时间推进为显式Runge-Kutta格式.化学非平衡动力学模型为七组元带电离反应模型,对化学反应源项进行了点隐式处理,温度场的计算采用牛顿迭代法.在PC-Cluster上对三维双椭球模型的高超声速绕流流场进行了基于区域分解技术的并行数值模拟,所得数值结果与参考献中的结果作了对比验证。     

HLLC方法在三维非结构网格上的应用

以三维非结构网格的显式有限体积法为基础，采用格心方法以及基于近似黎曼解的二阶精度Godonov扩展方法求解三维Euler方程，使用HLLC(Harten，Lax，van Leer,Contact)近似黎曼解的方法计算网格单元边界处的守恒量通量。为了验证方法的可行性，利用三维解算器对NACA0012翼型绕流进行了数值计算，结果令人满意。在此基础上对某型弹的流场进行了数值模拟，取得了比较好的结果。     

对称分割法(网络拓扑法单元等效参数的计算)

对称分割法是网络拓扑法中推导单元等效参数的一种比较理想的方法。它采用作枝的垂直平分面的方法,把求解场分割为以节点为中心的节点元素。然后根据节点元素之间的关系,运用场的积分形式的基本方程来推导出枝的等效参数。用这种方法已推出各种形状的平面场和空间场中单元的等效参数、边界条件和内部源的计算式。并且某些计算式的精度高于有限元法。 本文介绍了场的基本方程的微分和积分形式及其相互关系,指出对称分割法是直接应用积分形式来解离散化场的一种有效方法;介绍了对称分割法的基本原理,推导出几种常用单元的等效参数的计算式,以及平面场和轴对称场边界条件与内部源的计算式。文章还举例说明了用有限元法处理内部源时的误差。     

基于边条优化外形的全机纵向响应与增升效果研究

用遗传基因算法优化设计了翼-身-尾全机模型机翼边条.通过求解全机纵向运动状态方程,分析了全机模型带与不带机翼边条时纵向动态响应问题.涉及的气动力、力距和纵向稳定导数等则由三维低阶板块法计算获得.通过优化设计,新的带有机翼边条的模型飞机,其升力线斜率可明显提高.当Ma=0.4-0.9时,斜率约提高13%-17%;当Ma=1.5时,约提高12%.数值计算结果表明:在装有机翼边条时,由于短周期频率和阻尼比的提高,飞机对在交战飞行时特别的偏转控制输入响应敏捷.最后,给出了部分基于板块法的气动力结果与Cy-20飞机飞行试验数据的比较.     

基于非定常方程的刚性旋翼流场分析

为了掌握刚性直升机旋翼在高速飞行条件下的关键气动特性,本文通过求解三维非定常雷诺平均N-S(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)方程并基于多块结构化网格有限体积方法(Finite volume method,FVM)对直升机旋翼悬停及前飞状态的复杂绕流流场进行了数值模拟,讨论了动态流动分离、展向流动影响及反流等复杂气动特性的影响。分析了旋翼总距对气动载荷的影响及后行阶段的非定常反流效应,并分别揭示了该旋翼在悬停和大速度前飞状态下显著不同的气动力规律。数值计算表明,悬停状态该旋翼拉力值随总距线性增大,而在大前进比(Advancing ratio,AR)飞行时,其后行侧桨叶根部反流导致截面非常规压力分布,拉力主要由前行侧桨叶提供。数值预测结果与风洞试验结果的比较显示了良好的一致性。