细长圆锥低超声速绕流尾迹流时空演化特性的研究

本文用数值方法研究了在大的迎角范围内,采用局部抛物化流动模型所得到的有关圆锥有迎角绕流尾迹流中周期解的谐分岔、亚谐分岔以及环上Ｈｏｐｆ分岔这三类不稳定性的时空结构演化与非线性相互作用。分析得到了两种不可通约频率（ｆ１,ｆ２）的强非线性相互作用以及由此而产生的频率拓宽所形成的ｍｆ１±ｎｆ２多级频带结构。研究表明：当第三个不可约频率被激发,不论时间,还是空间方向的发展都会存在混沌。在近尾区,流态随攻角增大的演化历程上,通向混沌的道路和准周期性道路相接近,但包含有带倍周期性的亚谐分岔。在固定迎角的情况下,由近尾到远尾区,通向混沌的道路也接近于准周期道路,但带有阵发性。     

基于试验分岔分析的翼身融合飞行器纵向稳定性

针对翼身融合布局飞行器的纵向稳定性问题，基于分支和突变理论，求解迎角随升降舵变化的平衡分岔图，并对平衡分支的稳定性和突变点进行了分析。结合风洞虚拟飞行试验技术，发展了试验分岔分析方法，并设计了基于非线性动态逆的伪线性控制器，由此获得并分析了开环试验和闭环试验平衡分岔图。对比分析表明，理论分岔分析与开环试验分岔分析在小迎角范围结果基本一致，验证了试验分岔分析方法的可行性和准确性；翼身融合飞行器产生纵向失稳的主要原因是机翼表面流动分离，从而导致C_mα发生突变引起的；闭环试验分岔分析实现了翼身融合飞行器非线性全局稳定性控制，通过纵向非线性控制器，可以将不稳定平衡分支改造成稳定的平衡分支。     

圆柱-分离盘结构的流致旋摆响应数值研究

利用数值模拟手段研究了圆柱-分离盘结构的流致旋摆响应，分析了雷诺数Re、分离盘长度比L/D对结构旋摆响应、流场特性及水动力系数的影响。结果表明：分岔现象出现在绝大多数工况下，分岔向不分岔过渡的临界雷诺数与盘长有关，分离盘越长，此临界雷诺数越大。旋摆平衡角随雷诺数的增大先增加，后基本维持不变；分离盘越短，旋摆平衡角越大。结构摆幅随雷诺数增大先保持为零，后快速增大，最后缓慢增大或基本不变；分离盘越长，结构摆幅越大，摆幅不为零的起始雷诺数也越大。结构摆动频率主要受雷诺数影响，二者呈正相关关系。结构发生分岔并在平衡位置大幅摆动时，一个旋摆周期内在盘尖端和下侧各脱落一个旋涡，而在盘上侧由于边界层再附着存在一个滞止涡，形成回流区。发生分岔但结构基本静止时，分离盘上侧、盘尖端及盘下侧存在稳定的、尺度不一的回流区。不发生分岔时，两个相同的回流区对称分布于分离盘上下两侧。分离盘具有调控尾流和增加背压的作用，因此结构的水动力系数相比于裸圆柱明显减小。     

用规范型直接法研究立方非线性机翼的颤振

研究了在不可压缩流中具有立方非线性俯仰刚度的二元机翼的颤振问题。首先，对系统平衡点进行了特征值分析，得到在Hopf分岔点附近的颤振参数方程。然后，应用规范形直接法的Maple推导程序，计算得到Hopf分岔的规范形．并数值模拟验证了超、亚临界类型分岔情形下响应对初值的依赖性。最后．分析了线性和非线性刚度系数对颤振响应拓扑结构的影响。     

使用GAO-YONG湍流方程组对翼型绕流的计算

将GAO-YONG湍流方程组应用到翼型复杂绕流场的计算中,研究了机械能方程中Du/Dt项和各向异性湍流黏性系数分量中的实度系数Cs的影响,给出了控制Du/Dt项作用区域和选择实度系数Cs值的判别函数,对NACA4412翼型最大升力迎角下的低速绕流算例、AS240翼型8°迎角下的转捩算例、AS240翼型19°迎角下的分离流算例进行了模拟,与实验结果比较,得到了比较好的结果.结果表明GAO-YONG湍流方程组能够准确预测翼型前缘层流到湍流的转捩问题,翼型尾迹流动松弛问题和翼型大迎角分离流.     

细长锥体有攻角绕流的非对称分岔及其涡结构的数值模拟

本文用ＮＮＤ格式计算了具有复杂涡结构的细长锥体有攻角绕流问题，着重研究了非对称分离的分岔现象以及分岔前后涡结构的演变，数值计算结果表明，大约在ａ／（２β）＝１．０时，Ｎ－Ｓ方程出现分岔解，同时还给出了分岔前后涡结构及物理最分布的特征。     

翼身组合体流场测量和分析

本文给出了翼身组合体空间流场测量结果,揭示了机身涡、机翼涡随迎角的变化及相互干扰情况。当迎角足够大时,翼面上方流态从破裂涡发展成完全分离流,其尺度可达5～8倍机身直径。     

低速大迎角气动力快速计算新方法及工程应用研究

以势流理论为基础,采用工程方法并参考试验结果确定分离涡的起始分离位置,用不可压流涡段所产生扰动流场的线性迭加,计算涡分离流动流场。单独翼面、组合翼面标模和FC-1飞机计算结果与实验结果的对比表明,在失速迎角范围内,本文方法是一种有效的低速大迎角气动特性快速计算方法。     

垂直于物面的横截面上流态的拓扑

对于旋成体有迎角绕流,本文研究了垂直于物面的横截面上的流态结果。利用解析方法,给出了物面轮廓线上、迎风和背风对称线上以及全横截面上截面流线方程奇点的分布规律以及奇点沿流动方向的演变规律,从而可定性地确定截面流态的结构。通过求解ＮＳ方程数值模拟了钝锥有迎角高超声速绕流流场,计算获得的垂直于物面的横截面流线的拓扑结果和理论分析完全一致。     

非线性系统的超临界Hopf分岔控制

介绍了基于微分几何法和线性二次型最优控制相结合的单输入单输出非线性系统控制器的设计方法以及结合wash-out-filter方法的2-维非线性系统的超临界Hopf分岔控制器的设计方法。利用这两种方法对仅有一个分岔点的非线性系统分别设计了超临界Hopf分岔控制器，并对这两种控制方案的本质进行了总结，同时对控制效果进行了仿真，仿真结果表明这两种控制方法均能保证系统在系统参数使可能的变化范围内渐近稳定。     

大迎角水平振动翼型绕流的数值模拟

从涡量流函数形式的N-S方程出发,数值计算了大迎角水平振动翼型的粘性绕流问题,得到近场涡结构及非定常演化过程。探讨了振动频率、振幅及迎角对流场涡结构及翼型升、阻特性的影响。结果表明,振动频率及振幅增加有助于提高翼型的平均升力;过大的迎角不利于升力提高。     

三角翼大迎角绕流数值模拟中网格的影响研究

在大迎角条件下的数值模拟,计算的结果往往是要受多方面因素的综合影响.本文对三角翼大迎角的定常绕流进行一系列数值模拟,详细研究了计算网格等因素对模拟结果的影响.得到了一些有益的结论.     

三维任意机身的跨音速全位势流计算

 <正> 准确、有效地估计旋成体或任意截面机身在有迎角、有侧滑情形下的跨音速绕流特性,对飞机机身、导弹等外形设计有重要意义。已趋成熟的全位势流计算方法在翼型、单独机翼及翼身组合体绕流中得到广泛应用,并产生了诸如Holst的TWINGn和TAIR,Jameson的FLO系列等实用程序;但对旋成体有迎角绕流或单独机身的全位势绕流计算在文献中还很少见到。现采用守恒型全位势方程、代数法生成的贴体坐标网格和Holst的AF2高效差分方法对旋成体或单独机身有迎角、有侧滑时的跨音速绕流进行研究;并给出分析机身跨音速特性的计算程序是很有必要的。     

变来流速度下旋翼翼型非定常气动特性分析

为分析变来流速度状态下的旋翼翼型气动特性,提出了利用翼型平移来模拟来流速度变化的数值方法.在此方法基础上,采用基于隐式LU-SGS(lower upper symmetric Gauss-Seidal)方法的非定常雷诺平均N-S(Navier-Stokes)(RANS)方程,模拟了SC1095旋翼翼型在定迎角 变来流速度及变迎角 变来流速度状态下的非定常气动特性.通过对比分析发现:翼型在变速度-定迎角状态下会表现出明显的非定常现象,产生了前缘分离涡,气动特性会出现明显的迟滞效应及波动现象,脉动速度越大,非定常效果越明显.并且基准速度越大,翼型气动特性的峰值越大;翼型迎角越大,非定常涡出现的也越早.考虑直升机旋翼翼型实际工作环境,在变速度-动态失速状态下,翼型最大迎角处的气动力会得到一定程度的削弱,在小迎角下的气动力得到一定程度的增强,且脉动速度越大,翼型的非定常特性也越强.      

来流参数对防热瓦横缝旋涡结构及热环境的影响

针对高超声速飞行器表面缝隙内部流动,通过求解可压缩Navier-Stokes方程,自主研发了一套能够较好模拟缝隙流动特性的计算流体力学(CFD)软件。利用该软件研究了来流参数对防热瓦横缝旋涡结构及热环境的影响。计算结果表明:随着来流雷诺数的增加,缝内旋涡结构呈现主涡个数增多形态趋于饱满的变化趋势,缝隙壁面绝对热流和无量纲热流增加;随着来流马赫数的增加,缝内主涡个数、形态基本不变,但主涡旋转速度增加,缝隙壁面绝对热流增加,无量纲热流基本不变;随着来流迎角的增加(迎角较小时),缝内旋涡结构和热流变化规律基本与增加来流雷诺数相同。由此分析可知,涡量向下传递并形成旋涡的距离,即形成所谓"死水区"的深度,主要由来流雷诺数和来流迎角决定。     

大厚度翼型分离流场的稳定性探讨

基于k-ω的SST两方程湍流模型,求解了雷诺平均Navier-Stokes方程获得定常和非定常气动力,耦合翼型弹性振动方程,在时间域内模拟了弹性支撑下的大厚度对称翼型流场及其翼型动态过程,研究结果发现：在所给定的雷诺数条件下,弹性支撑下的大厚度翼型在一定大迎角范围内存在分离流场稳态的转化现象,此结果的意义在于：1）同一基本迎角下的翼型分离涡存在多个稳态流场;2）弹性支撑的翼型在大迎角分离流条件下气动力在物理上本身就存在非唯一性,从一个新的角度解释了大迎角气动力测量中的分散性。     

旋成体大迎角分离流的Euler方程数值模拟

用三维Euler方程计算旋成体的大迎角绕流,我们发现:亚声速自由流时,计算得到的是无分离流动,与实际的分离流不相符合,因而计算的法向力大大小于有分离的实验值;而当自由流为超声速,且横向自由流M数较高时,由于背风表面出现激波,无粘Euler方程的数值计算能自动捕捉到背风面上的分离涡,计算法向力与实验值接近。为了对亚声速自由流用Euler方程数值模拟大迎角旋成体背风面上分离涡,根据问题的物理图像,在假设的分离线上,提出强加Kutta条件的方法,成功地计算出有分离流动,使计算的法向力与实验值接近。     

滑动轴承—转子系统Hopf分岔分析计算方法

基于Hopf分岔定性理论、周期系统Floquet理论,针对流固耦合系统力函数计算特点,并考虑系统规模大小对算法的不同要求,提出了一套新的转子-轴承系统Hopf分岔分析计算方法。这套方法主要包括自激周期解计算的边值方法、周期解稳定性判别算法、周期解预测-校正延续算法、自激振动的稳定裕度准则等,可以有效地确定转子-轴承系统Hopf分岔临界点及分岔方向,可以研究分岔解的发展、变化,包括研究实践中关注的“跳跃”、“迟滞”等典型非线性现象。      

用粘流－无粘流相互作用方法计算翼型的分离和失速

本文用势流－边界层相互作用方法计算低速翼型的分离和失速。势流用对称面元法。边界层用改进的滞后掺混法，考虑了高阶项影响，适用于计算分离。文中对粘流－无粘流耦合方法作了改进。改进的半反－局部联立耦合方法，考虑了相邻点之间的作用，收敛性较好。计算了ＮＡＣＡ４４１２翼型在不同迎角下的压力分布和气动力。计算结果与实验符合良好。算例表明，翼型高升力状态计算必须包括尾流的作用，也应当对势流计算压力与实际压力之间的差别进行修正。     

三维机翼大迎角低速绕流及其涡控制的数值模拟

通过数值求解三维非定常可压缩雷诺平均Navier-Stokes方程，研究了三维机翼大迎角低速绕流及其带表面周期性吹吸气的流动控制，并探讨了非定常质量引射作为外激发手段对机翼气动力特性的影响，计算表明，在机翼前缘附近的小区域内施加周期性吹吸气进行流动控制，这类外激发手段对三维机翼的大迎角分离流动的控制是可行的，通过选择适当的控制参数，尤其是合适的周期性激振频率，可以有效地改善气动力特性。