激波-边界层-分离流相互干扰三维湍流的数值模拟

本文采用数值方法求解时间相关三维可压缩雷诺平均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程组,模拟激波—边界层—分离流相互干扰三维湍流流动。湍流模型为Ｂａｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ两层代数模型,改进后用于三维内流问题。采用单元中心有限体积法离散流场控制方程,ＶａｎＬｅｅｒ矢通量格式计算无粘通量,中心差分法计算粘性通量,ＬＵＳＧＳ时间推进格式计算定常流场。本文以二元跨音速扩压器内三流动为算例,数值模拟较强激波—边界层—分离流相互干扰维湍流流动,并与实验结果进行了比较。数值模拟结果,在激波强度、分离点位置和再附点位置等方面,与实验结果吻合较好。     

弯曲管道内湍流流动的数值模拟

为了对弯曲管道内的湍流流动特性进行有效的预测，用显示代数应力模式对－典型的弯曲管道内流动进行了数值模拟和分析，计算结果表明：（1）显式代数应力模式能对弯曲管道内流动的平均量（如速度、压力、摩阻等）进行较为准确的预测；（2）对模式中的ε方程做适当修正后，该模式能较好地模拟出流动曲率效尖对湍流特性的影响，是对雷诺应力模式的一个比较好的近似。此外，该模式在形式上与标准k－ε两方程模式类似，使用方便，具有较强的工程实用价值。     

倾斜式周向槽机匣处理对压气机稳定性的影响

为分析倾斜周向槽机匣处理对跨声速轴流压气机NASA Rotor 37稳定性的影响,采用数值仿真方法研究了光壁机匣和倾斜周向槽机匣的扩稳效果。结果表明：经过周向槽机匣处理后,叶尖泄漏流被诱导进入周向槽,抑制了低速区的发展且泄漏流经过周向槽流出后能够吹除低能区,改善低速区造成的流道堵塞情况,扩大压气机的稳定工作范围;在设计转速下,5种不同形式的周向槽机匣处理都能够提高压气机的稳定裕度,其中,CT3的扩稳效果最好,稳定裕度提高2.86%,而峰值效率降低最少,仅降低0.7%;通过正交试验优化设计方法发现,样本9对于提升转子的稳定裕度效果最为明显,能够将稳定裕度提升2.95%,但会使峰值效率降低1.56%;当周向槽轴向倾斜方式不同时,会使得周向槽的周向截面及槽内流动发生改变,从而对压气机的稳定裕度和峰值效率造成影响。     

宽弦空心风扇转子叶片鸟撞损伤数值仿真

为解决航空发动机宽弦空心风扇转子叶片抗鸟撞设计问题,对宽弦空心风扇转子叶片鸟撞损伤进行了数值仿真。采用光滑质点流体动力学（SPH）算法建立鸟体模型,采用J-C本构模型和失效模型定义材料冲击下动态性能,建立旋转状态下叶片鸟撞数值仿真方法,经过试验验证能够较准确预测叶片损伤。开展相同条件下鸟撞击宽弦空心和实心风扇转子叶片仿真,对比鸟撞击叶片过程、撞击时叶片叶尖最大轴向和径向变形、撞击后叶片永久变形,研究被鸟撞击后空心叶片相比实心叶片的损伤特征。结果表明：空心和实心叶片鸟撞击过程相同;空心叶片被鸟撞击后叶尖轴向和径向变形更小;空心叶片被鸟撞击后前缘卷边变形更严重,对风扇气动性能和稳定性影响更大;在结构设计时应适当增加前缘空心区域局部刚度,或者适当增大前缘实心区域范围,用于提高空心叶片的抗鸟撞能力。     

钝尾物体底部压力计算

 提出了一种简便可靠的计算钝尾物体表面压力分布及底部压力的方法。将钝尾物体绕流流场分为无粘区、边界层区和分离区。无粘区和边界层区分别用位流理论和边界层理论计算。分离区由根据尾流函数等建立的替代模型模拟。利用奇点法解出整个模型的压力分布。计算釆用迭代法进行。对Vanwagenen模型和鲁尔大学模型进行了计算,结果表明该方法是成功的。     

塞式喷管性能的数值模拟与实验验证

通过特征线法在塞式喷管中的应用，研究了塞式喷管主要结构参数对其性能的影响，同时，研究了塞式喷管的高度特性，最后还对塞式喷管合推力与发动机轴向夹角的高度特性进行了研究和分析。理论研究结果得到了实验的验证。其结果可用于塞式喷管的设计。     

飞机典型结构累积毁伤效应及毁伤机理

飞机在高速武器攻击下的生存力是至关重要的。这一仿真研究的主要目的就是研究某型飞机在未来空中可能遇到的武器威胁。通过模拟研究典型战斗部爆炸产生的冲击波和破片对飞机典型部位的高速冲击毁伤,得出一些有应用价值的结论。本研究针对冲击波单独加载、先冲击波加载-后破片侵彻、先破片侵彻-后冲击波加载3种混合作用模式,分析不同作用模式对结构整体变形和局部破坏的影响规律,探明破片与冲击波混合作用下的典型结构累积毁伤效应。本研究基于FEM-SPH自适应耦合算法,建立了高拟真度飞机典型结构的数值毁伤模型,并开展试验对模型进行了有效性验证。数值仿真研究中,以某典型战斗部为背景,进行了球形破片杀伤元和不同爆炸比距离冲击波杀伤元下飞机典型结构损伤的对比;讨论了钛合金结构不同的损伤情况;最后分析了飞机结构典型毁伤模式、损伤转化条件以及损伤机理。结果表明：在高速破片和冲击波联合毁伤情况下,飞机结构战斗损伤与交会条件高度相关;在冲击波的预先加载下,金属结构出现大范围塑性变形区,后破片侵彻损伤形式多表现为剪切损伤和撕裂损伤。随着冲击波比距离增加,金属结构出现大范围撕裂分离现象。经过冲击波加载下的金属结构强度明显降低,破片...     

自适应直角坐标网格方法在耦合传热数值模拟中的应用

首先介绍了耦合传热计算区别于一般的导热和对流换热过程的特点,然后介绍了常用的计算方法应用于耦合传热计算遇到的困难及自适应直角坐标网格方法在耦合传热计算中的优势。最后用两个算例证明了采用自适应直角坐标网格方法数值模拟耦合传热问题是适用的。     

压缩性对细长体涡流非对称发展的影响

通过数值方法对大迎角细长体湍流流场的模拟,探讨压缩性对细长体非对称绕流发展的影响。结果表明细长体顶端的极小扰动诱发显著的非对称绕流,非对称的涡系结构沿轴向是逐步演化的;在亚临界横流马赫数区间,马赫数越高非对称越显著;在超临界横流马赫数区间,细长体两侧出现横流激波,非对称的发展被抑制,马赫数越高非对称越弱。     

飞机复杂蒙皮拉形数值模拟系统开发及关键技术研究

针对飞机复杂蒙皮拉伸成形特点,基于静态隐式算法开发了复杂蒙皮拉形数值模拟系统STRETCH FORM。系统分为前置处理、核心求解和后置处理3个模块。介绍了系统各模块的主要功能以及机构运动、静态隐式有限元算法和接触搜索算法等关键技术理论。利用商业软件MARC和PAM STAMP进行了S形蒙皮拉形的模拟计算对比,并对某型号机的进气道蒙皮零件进行了生产验证,结果表明系统具有较高的可靠性和计算精度。