基于混合网格上的高温非平衡流的数值模拟

新一代再入飞行器及空间传输系统需要了解其飞行时的气动问题及热力学问题。数值模拟高空、低密度、高熵及非平衡流动是一具有挑战性的问题。本文针对带座舱飞船高超声速再入大气过程中存在的严重气动加热现象,利用混合网格及Osher逆风格式,数值求解了三维化学非平衡Navier-Stokes方程,其中化学模型是5组分1 7个化学反应的空气化学模型,对带座舱飞船再入高度为40 km和马赫数为2 0 ,1 0的化学非平衡流场进行了数值模拟,给出了迎角为0°和2 0°情况下的各个组分的密度分布、压力等参数,并与量完全气体的计算结果进行了比较。     

三维复杂外形非结构网格的生成及应用

以 Delaunay方法为基础生成了三维复杂外形的四面体非结构网格。这种方法的特点是先布结点 ,然后按 Delaunay准则将其连接起来。与其他方法相比 ,其好处是能较好地根据计算需要控制网格点的疏密 ,提高计算效率 ,其运行过程也较稳定。在布点过程中采用了背景网格 ,使点的生成自动而合理。文末给出了 M6机翼和简化航天飞机的数值算例。     

基于伴随算子的翼尖小翼优化设计

采用基于伴随算子的优化设计方法,对跨音速翼尖小翼进行了优化设计。其中,采用基于多块结构网格的流场解算器计算气动力。解算器的空间离散采用Osher格式,湍流模型采用k-ω两方程模型。优化设计结果表明,采用优化设计后的翼尖小翼,能改善机翼的气动特性,在巡航状态下翼尖小翼能增加机翼的升阻比5.8%,从数值计算的角度表明了方法的有效性。     

基于混合动网格的二维非定常粘性流动数值模拟

利用基于Delaunay三角化的动网格方法,在混合网格上求解了带运动边界的二维非定常Navier-Stokes方程。在有限体积法格心格式的基础上,采用带人工耗散项的Jameson中心格式以及双时间步长推进方法对Navier-Stokes方程中的空间项和时间项分别进行了离散。湍流模型为Spalart-Allmaras方程模型。对在跨声速粘性绕流中进行俯仰振动以及后缘摆动的翼型进行了数值模拟,得到了令人满意的结果。     

几种载体表面缝隙对雷达目标特性的影响

对在几种载体(平板和杏仁体)上的不同缝隙所引起的目标散射特性影响进行了研究。首先分析了不同载体目标的雷达散射截面特性;以此为对比基准,对含不同类型缝隙的载体目标开展散射特性计算和系列试验测试,从中获得由缝隙所引起的目标特性变化情况,进而分析缝隙对雷达目标特性的影响。结果显示,直槽会引起比直缝更强的散射增幅,锯齿缝相对直缝则具有明显的减缩作用;杏仁体载体能更有效地模拟弯曲表面上的缝隙散射。结果可为飞行器雷达隐身设计提供依据。     

平流层飞艇外形气动特性分析

结合某平流层飞艇的外形设计,文章采用数值模拟的方法研究了平流层飞艇外形的气动特性。基于雷诺平均N-S方程,采用非结构网格的有限体积方法进行了求解;空间离散分别采用了Jameson的中心格式和Osher逆风格式,时间离散则采用五步Runge-Kutta格式;紊流模型分别采用了S-A一方程模型M-SST两方程模型。本研究有助于了解平流层飞艇的气动特性及气动外形设计过程中存在的问题,为平流层飞艇设计提供参考依据。     

热化学非平衡流场辐射特性数值计算

设计了耦合辐射的三维热化学非平衡流场计算方法,以适用于任意形状的网格。采用Jameson有限体积法求解耦合辐射源项的三维N-S方程。化学模型包含11个组元,20个化学反应。辐射源项通过直接求解辐射输运方程RTE获得。在空间和方向上分别离散后,利用有限体积法求解不同方向上的辐射输运方程,精确计算了波长为100-1500nm所有主要组元的吸收系数,逐条计算了目前已观测到的空气组元的原子谱线,而对分子的带状谱采用了带模型计算,并最终得到了驻点处辐射密度随波长变化的分布情况。     

非结构网格上N—S方程解法研究及在多段翼型绕流中的应用

在非结构网格上求解N－S方程时，靠近物面的网格伸展比相当大，用有限体积法进行显式求解时不易收敛并且雷诺数有一定的限制。本文采用的人工耗散项中含有网络的方向尺度，因而在不同区域选取不同：在粘性区内该项比物理粘性项小得多，在粘性区外与Jameson的人工耗散项相同。生成非结构网格采用的是层推进技术与传统的阵面推进法相结合的方法，这样能保证在粘中性区内网格有一定的方向规则，而在粘性区外网格完全非结构化。     

用DES方法数值模拟喷流开启/关闭时的流场

针对喷流在开启/关闭时的气动特性进行了数值模拟。控制方程为Navier-Stokes方程,其求解采用了基于面的有限体积方法,该离散方法适合任意网格单元。空间离散采用了Osher格式。同时也采用了基于Spalart-Allmaras一方程模型的DES模型。对非定常过程的处理采用了双时间步长。在加速收敛的过程中采用了区域分裂的并行技术,利用METIS进行网格分区,MPI库函数作为并行环境,并采用了非阻断通信来进行区域间的信息交换。对导弹在来流马赫数为6.15时开启/关闭喷流时的流场变化进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较。结果显示,该方法对处理此类问题非常有效。     

平流层飞艇外形气动特性分析

结合某平流层飞艇的外形设计，文章采用数值模拟的方法研究了平流层飞艇外形的气动特性。基于雷诺平均N—S方程，采用非结构网格的有限体积方法进行了求解；空间离散分别采用了Jameson的中心格式和Osher逆风格式，时间离散则采用五步Runge—Kutta格式；紊流模型分别采用了S—A一方程模型M—SST两方程模型。本研究有助于了解平流层飞艇的气动特性及气动外形设计过程中存在的问题，为平流层飞艇设计提供参考依据。