高超声速飞行器表面气动热和粘性摩擦力计算

本文给出了高超声速飞行器表面摩阻和传热系数 (斯坦顿数 )的计算结果。采用两种方法平面切面法亦即二维边界层近似法和工程方法计算了飞行器高超声速绕流的粘性效应 ,并对两种方法的计算结果作了仔细的比较。由文可见 ,对于在稠密大气层内 ,沿轨道运行头速度恒定的高超声速有翼飞行器 ,能够用本文所采用的两种方法计算其表面摩阻和热载荷。此二法可成功地应用于绕复杂形状物体的流动参数计算。     

三维物体绕流数值模拟中薄层模型的应用

介绍用于近似计算绕三维尖体无粘流激波薄层的二层模型。本法以数值确定激波的位置,在计算不同结构形状物体的空气动力特性时能确定气体动力载荷的近似值。采用这种方法实际上排除了超高速理论中其他已知方法对尖体几何形状所加的约束。与通常的空气动力特性曲线相结合,此法可获得在设计和非设计飞行状态下飞行器整个系统的近似绕流流场,且可优化其空气动力结构。     

具有角点的高超音速轴对称钝体头部绕流问题的一种简易解法

钝体头部与后体相接时,往往要出现角点,如果头部的钝度足够大,则在轴对称绕流情况下,音速点即在此角点处。目前求解此种音速点在角点处的钝体头部绕流的直接问题,只有积分关系式法才较精确,但该法须对沿激波层积分得的近似常微分方程组进行数值解,而且所给的二点边界条件中的一点,须按另一点的边界件条用逐步逼近法确定得,整个求解过程很繁琐且费时,而且在角点隣域进行数值积分时困难很大,见文献[7,8]。 鉴于此种情况,本文提出一种简易而又能具有数值解法精确度的实用计算方法,它系以积分关系式法的一级近似常微分方程组为基础,将头部激波用多项式来逼近,利用通过激波的气体貭量守恒关系式,激波的几何关系式以及物面驻点与音速点处的己知条件,直接确定得这种有角点钝体在高超音速轴对称绕流情况下,头部脱体激波的位置,形状以及头部上的压力、速度与速度梯度的分布。在求解过程中全部采用简单的数学分析与代数运算方法,方便且省时。 本文方法适用于任意形状的头部。文中对平头钝体进行了详细计算,从该算例中可见按本文方法所计算得的激波位置系位于一,二级近似的数值解之间,而所得的压力分布则要较一、二级近似的数值解为佳而更接近于实验值。     

高超音速流绕半球圆柱钝头细长体的流动

本文提出利用高超音速流绕钝头细长旋转体轴对称流动的相似律所得的结论,可以将钝头细长体分成三个区域即钝头区域,钝头细长体相互作用区域,细长体区域,并确定得高超音速流绕半球——圆柱体的钝头区域的长度,从而提出利用爆炸波相似的二级近似理论计算圆柱(细长体)部分的压力分布时,必须将座标原点沿x轴前移一个钝头区域长度,所得结果与实验相较很符合。同时提出计算半球(钝头)部分的压力分布的统一公式,与M_∞=7.7及M_∞=20实验数据及其他理论相较结果相当满意。     

基于反馈定理的IB-LB方法(英文)

格子波尔兹曼方法(Lattice Boltzmann method,LBM)和浸入边界方法(Immersed boundary method,IBM)皆为近年来发展的可替代Navier-Stokes(N-S)方程求解复杂流体力学问题的数值模拟方法。本文采用浸入边界-格子波尔兹曼方法(IB-LBM),将IBM作为一种边界处理格式应用到LBM中,模拟了静止单圆柱及并排双圆柱绕流,与文献对比结果吻合良好,证明该方法具有模拟复杂边界物体绕流的能力。与采用虎克定理、直接力法计算体积力项的传统方法不同的是本方法运用反馈定理,即采用流场和流场内物体之间的速度、位移反馈来计算体积力项,使得该方法易于实施并具有优良的并行性。     

高超音速钝体小攻角绕流的直接问题

本文建立了高超音速钝体小攻角的绕流积分关系式法的一级近似常微分方程组。确定了钝体对称轴上(s=0)物面与激波处的所有流动参数,使该方程组的边界条件成为一点边值问题。因此对它的求解,要较相应另攻角轴对称绕流的二点边值问题简便。文中还给出了该方程组的一种近似简便解法。     

一种绕曲面物体的可压缩湍流混合格式(英文)

提出了一种中心-迎风型混合格式。在该混合格式中,中心差分格式和Roe通量差分裂格式进行混合,它们之间的切换通过一个二进制开关函数实现。为了验证该混合格式在计算绕曲面物体可压缩湍流问题时的可靠性,尤其是带激波的流动问题,采用分离涡模拟方法计算了3个典型的问题。研究结果表明,当前数值结果与已有的实验数据相符较好,这说明该混合格式可以用来研究带激波和湍流的曲面物体可压缩绕流问题。     

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。     

用Euler方程计算某些特殊的二解分离流动

采用非定常Ｅｕｌｅｒ方程、总体时间步长，隐式时间推进，计算了几种特殊类型本的二维有分离绕流。一类是光滑的圆柱体，在跨音速时计算出因激波诱导分离而周期性地脱落在尾迹上的非对称涡排。另一类是带尖角的物体，如三角形柱体，计算出从尖角处脱落在尾迹上的分离旋涡，形成卡门涡街，对这两类物体，计算的平均阻力系数，分离涡脱落的Ｓｔｒｏｕｈａｌ数以及流态都与实验接近。结果表明，对于这类绕流问题，用非定常Ｅｕｌｅｒ方     

绕平头回转体非定常空化流体动力特性研究

采用高速全流场显示技术和动态应变式测力系统实验研究了绕平头回转体的非定常空化流动及其动力特性。实验在闭式水洞中进行,采用高速摄影的方法观察了在不同空化数下绕平头回转体的空穴形态,应用自编软件对图像进行处理获得了空穴尺度随时间的变化,测量了所受到阻力,并对空穴尺度和阻力信号的时域与频域进行了分析,得到了平头回转体阻力在非定常空化阶段的时频特征。结果表明:在各个空化阶段,空穴尺度及其对应的动力特征均呈现明显的非定常特性。在空化数较大时(σ=1.05～1.20),仅在回转体头部后端区域存在不稳定的空泡脉动区域,此时,由阻力系数得到的时频信号呈无规则的波动;当空化数降至0.75以下时,出现了大尺度空穴断裂与空泡团脱落现象,捕捉到了绕平头回转体空泡的非定常周期性脱落过程和典型特征频率。绕回转体阻力系数曲线随着空化数的减小波动幅度不断加大,并且空穴尺度和平头回转体所受阻力主频随之发生改变,特征频率逐渐显现,并且形态特征频率与动力特征频率存在高度的相关性。     

绕不同头型回转体初生空化的实验研究

为了研究绕不同头型回转体初生空穴的形成、发展过程和流场特性,采用流动显示技术分别观察了绕平头和锥头回转体初生空化的形态,并应用粒子图像测速系统(PIV)测量了相应工况下的速度分布.结果表明,绕回转体的头型对初生空化数和空穴形态有重大影响.实验中平头回转体的初生空化数为1.2,而45°锥角头型的初生空化数则为0.9.绕回转体的初生空穴形成于回转体肩部稍靠后的位置且没有附着在其表面,呈游离型发夹状,同时绕平头回转体的初生空穴的尺度较大,其初生位置距离肩部及回转体的壁面均较远.流场测试结果表明,空化初生和绕回转体头部流场的旋涡强度有关.与锥头回转体相比,同一雷诺数条件下,绕平头回转体的分离涡尺度较大、边界层离壁面较远、高涡量区域较大且离壁面较远,这是造成两种头型具有不同初生空化特性的主要原因.     

用 Euler 方程计算某些特殊的二维分离流动

采用非定常Ｅｕｌｅｒ方程、总体时间步长、隐式时间推进，计算了几种特殊类型钝体的二维有分离绕流。一类是光滑的圆柱体，在跨音速时计算出因激波诱导分离而周期性地脱落在尾迹上的非对称涡排。另一类是带尖角的物体，如三角形柱体，计算出从尖角处脱落在尾迹上的分离旋涡，形成卡门涡街。对这两类物体，计算的平均阻力系数，分离涡脱落的Ｓｔｒｏｕｈａｌ数以及流态都与实验接近。结果表明，对于这类绕流问题，用非定常Ｅｕｌｅｒ方程计算，具有一定工程实用意义。     

激波过弯道绕山坡对三维物体的冲击效应研究

采用全息干涉技术在高速流态试验装置 (激波管 )上研究了激波过弯道绕山坡到达三维物体的整个过程的流场 ,还采用传感器压力测量技术对三维物体表面的压力分布进行了定量测量。结果表明 ,激波对三维物体与山坡的接合部、物体背风面及其拐角位置的影响是最大的 ;对于研究爆炸冲击波在复杂地形下对建筑物的冲击载荷有重要意义。     

Re数对细长旋成体非对称涡及气动力特性影响的实验研究

通过对细长拱柱旋成体大迎角绕流不同截面测压结果分析,探讨了绕流Re数对非对称涡结构和气动特性的影响,得出Re数不仅影响分离线位置和绕流流态结构,而且影响边界层的绕流特征及其分离涡的强度,非对称性的出现与细长体两侧边界层的绕流特征和分离涡的强度不等存在密切的关系。特别是在同种流态下,两侧边界层的绕流特征和分离涡强度不等是造成侧向力的主要原因;在两侧不同的流态下,转捩不对称是产生大侧向力的主要原因。     

有限接地板对圆形微带天线辐射特性的影响

本文探讨有限接地板及其边缘劈形状对圆形微带天线辐射特性的影响。文中用接地板边缘绕射场与微带天线直接辐射场相对相位合成的方法改善圆形微带天线前向辐射特性的计算精度和计算其后向辐射方向图。微带天线直接辐射场用磁壁围成的腔体模型进行计算;边缘绕射场的计算,在E面采用一致几何绕射理论(UTD),在H面,由于边缘一阶绕射场为0,本文引入斜率绕射计算前向辐射方向图,用等效流法计算E在整个接地板边缘产生的绕射对H面后向辐射方向图的贡献。算例表明,本文的计算结果与可资比较的实测曲线吻合一致,而文[1]E面前向辐射方向图的计算结果与实测曲线比较,最大误差高达5dB,证明本文方法提高了计算精度。本文给出了具有不同尺寸、形状和不同边缘劈角的接地板的圆形微带天线的辐射特性,得出了利用改变有限接地板的几何特性参数来控制微带天线辐射方向图的途径。     

大攻角流动非对称性成因与对策

讨论了大角绕流的流动非对称性成因及相应研究对策。指出流动非对称性是绕流系统在适当流动条件下表现出的一种内在属性（一种分岔行为）。这一属性本质上是无粘的，并不以粘性为先决条件，尽管粘性对其有影响。相反，粘性方面所表现出的不对称行为很可能是外部无粘绕流非对称性诱导作用的结果。从大攻角绕流表现出的特征来看，流动非对称性属绕流系统的分岔、混沌行为；对它的进一步探索除了运用流动稳定性分析和实验手段外，必须借助分岔混沌思想和方法。     

电子束技术测量低密度风洞氮气流振动温度、转动温度及数密度

本文给出了用电子束荧光技术测量高超音速低密度风洞3~#及2~#喷管的氮气自由流中的转动温度、振动温度及数密度的实验结果。试验表明了电子束荧光技术对于低密度风洞流场校测是很有用的手段之一。     

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。     

低雷诺数非细长三角翼绕流流动结构实验研究

通过水洞流动显示实验对低雷诺数非细长三角翼绕流流动结构进行了研究,特别是前缘剖面对50°三角翼绕流涡结构的影响及存在双涡结构时模型的最大后掠角.实验表明,双涡结构对染色液的注入位置很敏感,且这一双涡结构现象在64°三角翼绕流中仍可观测到;此外,前缘剖面形状严重影响涡破裂位置及涡核的空间分布.与迎风面倒角前缘相比,背风面倒角的三角翼易于产生双涡结构、可以推迟涡破裂并使涡核靠近模型上表面,进而有利于提高三角翼的气动特性.     

基于主动形状模型实现医学图像中的物体(脊柱)定位

主动形状模型(ASM)通过把物体的形状模型及其相应的局部灰度表象模型有机结合以实现图像中的物体定位。在传统ASM中．对物体形状的灰度变化(局部灰度表象)的建模建立在一维采样与搜索方法的基础之上，故其定位准确性低且速度慢。本提出了一种在物体形状每一特征点周围的矩形邻域中使用二维采样与搜索技术．从而改进物体形状的局部灰度表象模型的方法。针对医学图像中的物体定位问题．本比较了基于这种改进的ASM模型和传统ASM模型对同一医学图像集中的脊柱定位能力。实验表明．基于这种改进的ASM模型能快速有效地对医学图像中的脊柱(物体)进行更准确的定位。