基于动网格技术的机翼动态失速仿真分析

为了研究机翼动态失速的演化机理,通过数学方程模拟动态失速状态下机翼摆动情况,对机翼表面涡量的变化规律进行了分析.首先基于动网格技术,结合机翼运动方程,模拟动态失速演化过程,利用Thin-cut技术生成机翼及其对应翼型的计算网格;然后将剪切应力传输(shear stress transfer,SST) k-ω模型与纳维尔-斯托克(Navier-Stokes,N-S)方程结合为封闭方程组用于翼型进行数值计算,并对计算模型进行了可行性分析;最后利用翼型计算时采用的方法对机翼动态失速过程进行数值求解.研究结果表明:在整个动态失速演化过程中,机翼动态失速气动力性能较翼型更为复杂,不同截面处具有不同的动态失速临界迎角,且存在着不同性质的涡旋变化.研究结果可为大迎角飞行安全训练提供支持.     

二维非结构网格Euler方程高效解法

在非结构网格上应用多重网格技术加速 Euler 方程的收敛,在多重网格中通过聚合法进行粗网格生成,并对粗网格中的多边形网格做了等价面处理.在空间离散上采用 Roe 格式,在时间推进上分别采用了显式和隐式算法.通过对 NA-CA0012 翼型和 RAE2822 翼型的流场模拟,比较了显式多重网格法和隐式多重网格法的计算效率.     

浆叶的厚度和扭转对低雷诺数旋翼悬停流场的影响

运用嵌套网格技术研究了浆叶的厚度和扭转对低雷诺数旋翼流场的影响.对旋翼浆叶生成单块的C型贴体网格,同时针对悬停流场的基本特征,采用近似柱型的背景网格来捕捉远场尾涡,网格间流场信息的传递通过嵌套网格技术来实现.首先,通过模拟高雷诺数的悬停流场验证了方法的可行性,在此基础上,对低雷诺数旋翼浆叶在不同厚度和有无扭转时的悬停流场进行了比较分析.     

三维摆动水翼仿生推进水动力分析

为了观察三维摆动水翼运动时表面压力的分布以及对流场域的影响,以NACA翼型和展弦比为1.5的NACA0012翼型为算例,采用计算流体力学方法分析了摆动水翼的水动力特性。为了提高网格质量,计算域被分为包含摆动水翼的运动域、包含摆动水翼的尾流场域以及除此之外的静止域3部分,并采用不同的网格划分条件对其进行离散,离散方程采用k-ω湍流模型求解,静止域和流体域之间采用重叠网格方法实现模拟,并利用交界面技术实现数据传递。分析了不同斯特罗哈尔数(St)条件下摆动水翼所受的推力、升力和力矩,研究了流场中速度以及压力分布,通过数值结果分析尾涡产生的机理。     

二维含动边界流场的并行计算

将并行计算方法应用于含运动边界流场的数值模拟,采用弹簧方法生成非结构运动网格.并行程序结构采用主从模式,主进程只负责数据的发送和接收,每个从进程的计算任务对应一个子区域.通过守恒型ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)方程的求解,对NACA0012翼型振动问题进行了数值模拟,并对不同分区数目情况下的计算时间、并行计算加速比和并行计算效率进行了比较.算例结果表明,随着分区数的增加,进行计算CPU的效率先增加后下降,而并行计算的加速比不断增加.     

基于察／打一体无人机平台的导弹发射模拟

为研究机载导弹发射过程中载机、导弹之间存在的气动干扰特性和导弹运动规律,采用计算流体力学方法对导弹发射过程进行了数值模拟。结合刚体六自由度运动方程,将运动嵌套网格技术应用于机载导弹发射问题中,通过求解三维非定常Euler方程得到流场信息。应用此方法成功模拟了基于察／打一体无人机平台的导弹发射过程,获得了详细的导弹运动速度、运动轨迹和受力情况等丰富的流场信息。算例表明：运动嵌套网格技术处理具有复杂外形、较大相对位移运动问题的能力,发动机推力的影响,载机、导弹之间的气动干扰影响较小。采用计算流体力学方法和运动嵌套网格技术可为研究导弹发射过程提供参考和依据。     

二维翼型襟翼增升的数值模拟

为提高风力机的效率,缩短桨叶开发周期,应用新型LU隐式格式和改良型高阶MUSCL TVD格式,通过求解可压缩Reynolds平均的Navier-Stokes方程和q-ω低Reynolds数双方程湍流模型,数值模拟了NACA632-215翼型加45°襟翼及Gurney襟翼时,在0°到30°攻角范围内的流动,并与实验结果进行了对比.计算得到的压力因数与实验结果吻合很好.计算得到的翼型升力因数与实验值整体一致.对带Gurney襟翼的翼型,在计算中采用了一种近似的边界条件处理方法以简化网格生成.通过对大攻角工况下襟翼附近的分离流场进行分析,解释了翼型加襟翼能够增加升阻比的原因.     

嵌套重叠网格的构造策略及其隐式切割

高质量网格的设计与生成是复杂流动CFD精确计算最主要的决定性因素之一．本文通过采用新颖的多层嵌套重叠网格策略、可靠的重叠网格切割准则、快速的多级网格切割方法和高效的隐式切割技术,发展了一种多层多块隐式嵌套重叠网格技术以及相应的多级多重网格流动计算方法．在生成嵌套重叠网格时,只需要初始网格和边界条件,而无需人工干预,实现了嵌套重叠网格的自动切割．对某级网格进行多重网格流动计算时,仅考虑该级网格的嵌套重叠切割处理,而忽略低级粗网格的网格切割影响,有效提高了流动的计算效率．两个典型的复杂流动算例的计算结果与实验值吻合良好,证明了本文方法的可靠性．     

基于通用型线和网格重构的风力机翼型设计

现有翼型表达大都基于控制点和初始成熟翼型,设计空间小因而不利于选出高性能翼型.基于Joukowski保角变换通用翼型形线表征形式,编程集成ICEM和FLUENT完成翼型生成、大变形网格重构、边界条件生成和流场解算,采用改进遗传算法进行高升阻比风力机翼型多学科联合设计.结果表明本平台设计的翼型在设计、非设计工况下以及主要攻角范围内有较高升力系数和升阻比.该型线集成表达和流场计算多学科设计方法,也为类似气动优化设计提供参考.     

基于能量方程的柏叶口水库三维流场的模拟研究

采用基于能量方程的条带分析方法,对矩形河槽流速进行了模拟,在对模拟结果进行验证之后,将模型应用在拟建柏叶口水库三维流场研究中.通过适体坐标变换生成水库曲线型计算网格,将生成的曲线型网格细化、分层、分条带,最后用基于能量的方程进行一维、二维和三维的流场计算.整个模拟过程易于编程实现,并可通过设置网格的疏密程度,有效控制流...     

应用多块分区搭接网格技术和变域变分有限元法设计分流叶栅

该文针对含分流叶片的亚声速平面叶栅的反命题,运用多块分区搭接网格技术将流动区域分成两部分生成计算网格,再根据泛函的驻值必要条件,应用变域变分有限元方法对分流叶栅叶型进行了反设计。变域变分通过把可变边界结合在变分泛函中,使其与求解流场的控制方程结合起来,从而使可变边界求解和流场分析可以完全耦合地进行,因而适合于分流叶栅的反问题研究。由于分流叶片的存在,使得很难在流动区域内生成一体化网格,因此该文应用了多块分区搭接网格技术。该技术可保证每一子域都具有高质量的计算网格,并且子域与子域间的流场信息交换也简单易行。两个典型算例表明了该方法的正确性和优越性。     

基于动态面搭接网格技术的双发螺旋桨数值模拟研究

基于动态面搭接网格技术,生成双发螺旋桨/短舱/机翼构型在三种不同螺旋桨旋转组合下的计算网格,并分别对不同旋转组合下的流场进行了数值模拟,并对比分析了螺旋桨不同旋转组合下的螺旋桨滑流流场结构和螺旋桨滑流对机翼气动力的影响。仿真计算结果表明,三种旋转组合方式中,在0～2度攻角范围内,反对转的升力系数最大;在2～6度攻角范围内,双发螺旋桨对转的升力系数最大;在6度以上攻角时,双发螺旋桨反对转的升力系数最大。     

复杂组合气道三维分块结构化贴体网格的生成

给出了螺旋与切向气道相组合的进气系统结构网格生成的一种拓扑分块方案及实现过程,求解椭圆型方程生成各块内三维网格,用Hilgenstock方法修正源项,并利用分块粘接技术生成了组合进气管道三维分块结构化贴体网格．计算算例表明该网格拓扑分块方案以及生成方法可以对组合气道流场的流动进行较好地模拟．     

带端板地效应翼性能的数值研究

通过求解不可压缩流体ＲＡＮＳ方程,数值模拟带端板三维地效应翼的性能及周围流场。数值方法引进了Ｃｈｏｒｉｎ的人工可压缩性概念,应用近似因式分解技术同时求解速度和压力场,动量方程对流项用二阶迎风差分格式离散,其余空间导数项均采用四阶精度的中心差分格式离散,时间离散采用欧拉隐式格式,计算在非交错网格上进行,为了避免压力场的振荡,在连续方程中隐式地加入了压力的四阶数值耗散项,湍流计算采用了Ｂａｌｄｗｉｎ－     

前缘网格分布对超临界机翼气动特性的影响研究

生成合理的计算网格是保证数值模拟精度和准确度的前提条件。超临界机翼前缘半径较大且流场变化剧烈,机翼前缘的网格分布对超临界机翼的低速气动特性的数值模拟有重要影响。通过对同一构型不同机翼前缘网格分布进行数值模拟,研究了前缘网格密度对超临界机翼失速攻角、最大升力系数和分离形态的影响。结果表明,随着机翼前缘网格密度的提高,该构型的失速攻角、最大升力系数都有显著的提高;机翼的分离形态发生本质变化,由外翼先分离变为内翼先分离。     

离心通风机内部流场三维瞬态计算

采用三维时均ＮａｖｉｅｒＳｔｏｋｅｓ方程和ｋε模型分别模拟了离心通风机内部流场的流动;几何拓扑结构使用多块结构以减少计算机内存的浪费;运用贴体坐标系统描述了复杂的几何边界;使用二阶中心差分以离散扩散项和源项;对于控制方程的对流项的离散,为了克服中心差分在网格Ｐｅ数大于２后解的不稳定和迎风差分时不考虑Ｐｅ影响的缺陷,应用混合差分（ＨＤＳ）格式,并对时间参数采用二阶向后差分;求解方程使用Ｓｉｍｐｌｅ算法．通过这些方法和手段,得出了不同时刻叶轮内流道速度、湍动能及耗散能的分布．这为了解旋转对流道内速度分布、壁面摩擦力和紊流结构等影响提供了理论依据,为离心风机设计、节能改造提供了详细的数据和有效的手段     

边界拟合坐标法的应用：长江口南支非恒定流计算

为了既能精确地拟合不规则区域边界,又使有限差分的计算能在规则的网格上进行,在长江口南支河段非恒定流的平面二维数值模拟中,采用了近年来得到广泛注意的边界拟合坐标法,为了提高计算的稳定性,本文引用了二维人工粘性项和人工光滑的方法。计算结果与实测资料相当吻合。计算结果还表明,在同样的网格密度下,使用边界拟合坐标的差分计算的CPU仅比使用昔通网格的差分计算略有增加。所以,在二维水流计算中,这是一种值得推荐的方法。     

一种基于两次Radon变换检测棋盘方格点的新算法

提出了一种新的方格角点检测算法。通过连续两次Radon变换，找出角点所在的直线位置，再利用线性拟合方法对得到的直线进行校正，最后线性求解出角点的坐标。该方法最大的特点是能够自动地在正确区域找出所求方格角点，而无需人机交互，这对于动态校准的研究具有重要的意义。通过实际的应用，验证了该方法的正确性和可靠性。     

M型机翼变体飞机动力学分析

对变体飞机机翼变形时的飞行动力学响应进行仿真,分析机翼变形诱导出附加力及力矩的影响,为变体飞机飞行控制提供参考依据.基于牛顿欧拉方程,推导出适用于变体飞机的扩展运动方程,方程中增加了4项由于机翼变形而产生的附加力及附加力矩.基于涡格法建立任意机翼构型下气动力求解方法.将变体机翼飞机的动力学建模与仿真分析方法应用于M型机翼变体飞机,对机翼对称及非对称变形下的动力学响应进行分析.结果表明,附加力及附加力矩对变体飞机飞行影响明显.