可旋转鸭舵对旋转弹丸纵向气动特性的影响

利用有限体积TVD格式,对旋转弹丸的气动特性进行数值分析.对旋转弹丸SOCBT在马赫数为3的典型算例进行了验证计算,并进行了可旋转固定鸭舵对旋转弹丸纵向气动特性的影响的数值分析.计算了鸭舵位于不同方位角、不同飞行马赫数、不同攻角下时旋转弹丸的纵向气动力系数.研究结果表明,该数值分析方法能准确地分析纵向气动力系数随鸭舵方位角的变化规律,可为分析弹道修正规律提供依据.     

空心弹丸流场数值模拟与阻力特性

采用隐式有限体积TVD(总变差减小)数值格式,在超声速条件下数值模拟了某空心弹丸绕流流场。系统研究了流场波系结构与空气阻力特性,证实空心弹丸阻力系数比普通弹丸小得多,同时发现发射角度对于空心弹丸的速度降影响不大。     

锥形旋转射流井底流场的数值模拟

针对旋转水射流代替机械钻头破岩钻径向水平井的实际要求,运用数值模拟方法研究了旋转射流在井底的流动规律。结果表明,旋转射流的流动不同于普通圆射流,它的每一个质点都具有三维速度,射流能量不是集中在射流中心部位,而是集中在一定半径的圆环上,同时具有明显的扩散性,并在中心形成回流区。随着旋流强度的增大,射流扩散能力增强。数值模拟得到的流动规律与实验结果完全一致。     

弹丸爆炸过程的数值模拟

本文运用ANSYS／LS—DYNA非线性显式动力学有限元程序,对弹丸的爆炸过程进行了数值模拟,通过模拟可以清楚地看到弹丸的爆炸过程。本文选取了五个典型单元进行应力和速度分析,结果表明,弹丸中部破片的速度比头部和底部破片的速度大,弹体中部应力变化较均匀,有利于形成均匀的破片,弹体底部易形成大块的破片,与实弹爆炸结果较一致。     

锥形旋转射流井底流场的数值模拟

针对旋转水射流代替机械钻头破岩钻径向水平井的实际要求,运用数值模拟方法研究了旋转射流在井底的流动规律。结果表明,旋转射流的流动不同于普通圆射流,它的第一个质点都具有三维速度,射流能量不是集中在射流中心部位,而是集中在定定半径的圆环上,同时具有明显的扩散性,并在中心形成回流区。随着旋流强度的增大,射流扩散能力增强。 数值模拟得到的流动规律与实验结果完全一致。     

耦合内弹道过程的膛口流场数值模拟与分析

为提高武器精度,模拟弹丸射入膛内后的膛口流场,耦合内弹道过程分析弹丸射出炮口前的初始流场和射出后的流场变化.采用内弹道经典模型计算膛内弹后气体流场,建立二维轴对称气体动力学模型计算弹前气体及膛口流场,通过弹前阻力将二者同步耦合计算.计算过程采用非结构网格方法,同时考虑运动弹丸的影响,计算结果与实验流场相吻合.计算结果捕捉到弹丸出炮口后在膛口形成清晰的瓶状波系.分析得到弹丸出炮口后1.5 ms时刻炮膛内外的马赫数轴向分布;此时火药气体在膛外膨胀的最大马赫数可以达到6.32;火药经过激波后气体速度迅速下降到声速以下.由于激波的作用,在激波前后压强会产生阶跃.     

微小孔径旋转冲击射流换热特性的数值模拟

采用数值模拟方法模拟了旋转冲击射流的换热过程,分析了换热过程中喷射孔径、喷射间距、旋转角速度以及流场分布特性对冲击射流换热的表面传热系数与平均换热效果的影响.结果表明:相同雷诺数下,3 mm孔径射流的平均换热效果比6 mm孔径的强;大孔径射流时的平均传热系数受角速度的影响要比小孔径时大;角速度的增加使换热板上的最大换热系数减小且由驻点向外偏移;旋转使板上的换热更加均匀,表现为角速度越高,平均表面传热系数曲线越平坦.     

车载气动实验系统对机翼气动特性影响数值模拟

为了研究了机翼安装位置对翼型气动特性的影响,建立了一个基于N-S方程的机翼气动特性数值模拟方法,机翼模型剖面为NACA0012,展弦比4。首先通过计算结果与标准模型实验结果对比,验证了三维网格和计算方法的可靠性与适用性,进一步针对车载系统的关键设计参数开展了数值分析。结果表明：车顶流场相较于风洞流场,流场中的速度矢量不完全平行于前进方向,使得不同翼型安装位置处的气动力差别较大;鉴于近车顶效应对模型气动特性有较大影响,对车载试验测量结果带来不可忽视的误差,有必要采用控制实验位置的预处理手段对其进行消除或减弱。     

同轴对置撞击流吸收器流场特性的三维数值模拟

采用商用FLUENT软件中的标准k-ε模型,对同轴对置撞击流吸收器的流场特性进行了三维数值模拟研究,揭示了其中流体的主要流动规律,并对其速度场和压力场进行了分析,为同轴对置撞击流吸收器的优化和改进设计提供了基础数据和理论依据.     

圆柱形弹丸高速撞击薄板的碎片云特性数值模拟

为研究不同形状空间碎片超高速撞击薄板产生的碎片云特性,采用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D,利用光滑质点动力学方法（SPH）对圆柱形弹丸超高速正撞击单层薄铝板防护结构形成的碎片云进行数值模拟,分析相同质量和速度条件下,不同长径比的圆柱形弹丸超高速撞击所产生碎片云的形态、轴向长度、径向直径、轴向速度等参量随弹丸长径比的变化规律。结果表明,弹丸破碎程度和碎片云分散程度随弹丸长径比的改变而改变。随着弹丸长径比的增加,碎片云对航天器舱壁的损伤能力增强,弹丸对薄板的损伤程度减弱。该结果为航天器超高速撞击风险评估和防护工程设计提供了参考。     

超声速飞行底部排气弹三维湍流流场数值模拟

该文采用有限体积法数值离散雷诺时均Navier-Stokes方程,模拟了超声速飞行的圆柱体外部流场.其中两种湍流模式,即Spalart-Allmaras湍流模型和RNG k-ε湍流模型分别应用于该问题的求解.文中给出了数学模型和计算结果,并与实验数据进行了比较.结果表明:采用Spalart-Allmaras湍流模型能很好地描述高速运动体复杂的外部流场.利用上述模型对超声速飞行的底部排气弹三维流场进行数值研究,计算结果揭示了流场的物理现象和基本规律,以期对底部排气弹设计提供理论指导.     

高海况机翼波浪地面效应数值模拟与分析

针对三维等直机翼型(NACA0015),采用计算流体动力学(CFD)分析方法,以非定常不可压缩流动N-S方程和2阶RNGk-ε湍流模型,对高海况波浪地面效应进行了数值模拟与分析.首先在二维情况下数值模拟分析了波浪地面效应,讨论了计及当地风速和波浪行进速度的必要性,同时分析了高海况下波浪地面效应翼型气动力系数随飞行高度变化趋势及原因.在此基础上,计算分析了三维情况下,等直机翼在不同航向与风向角时的气动力系数及滚转力矩的变化,并重点对侧风影响下的滚转力矩产生机理及变化特点进行了论述.通过数值模拟,初步探讨了高海况下波浪地面效应对等直机翼气动特性的影响规律,为深入研究高海况对地效飞行器设计的影响提供了依据.     

超声速气动减速器的流场和温度场数值分析

利用有限体积法求解Navier-Stokes方程,数值模拟了配有3种不同长度仪器舱的充气式气动减速装置在超声速下的流场和温度场,并与风洞试验结果进行了比较. 研究结果表明：数值模拟得到的轴向力系数与风洞实验结果吻合很好,最大误差约5%;仪器舱的长短对激波结构和温度的分布有一定影响;在0~15°攻角范围内,锥形充气减速器对短仪器舱起到了很好的防热作用.     

近空间高超声速弹箭气动数值模拟

针对近空间高超声速飞行弹箭气动力、气动热问题,采用Spalart-Allmaras(SA)湍流模型和热完全气体模型,运用时间相关有限体积方法及AUSM~+格式对三维非定常可压缩流体Navier-Stokes方程进行了数值模拟.再现了超高速条件下弹箭周围的复杂流动现象,得到热流分布规律,为进一步近空间超高速弹箭研究奠定了基础.计算结果表明阻力系数随着攻角的变化显著变大;弹箭尾翼气动加热很严重,弹箭尾翼变大时气动加热量明显增大,在设计弹箭时应引起足够重视.     

飞行器流场的数值模拟

以“联盟”返回舱和F16战斗机为算例,利用COS MOS Flo Works在单机上完成了对简单和复杂外形的高速飞行器三维流场,表面温度以及热流分布的数值模拟.得到了返回舱再入流谱,F16“乘波”飞行时表面热流、温度以及压力分布有相似的规律,热流率高的部位对应表面温度和压力较高的部位.计算结果可为飞行器一体化优化以及热防护设计提供参考依据.     

复杂两相流动对底部排气弹底部减阻性能影响的数值分析

借助于稀颗粒假定下的双流体简化模型,采用具有高精度、高分辨率数值方法,研究了轴对称底部排气弹弹底混合绕射的复杂两相流动,得到了平衡两相流中颗粒相浓度大小对底排弹减阻性能影响的规律,与实验比较,两相流劝状态比单相气体流动状态更接近于实际情况。     

V形尾翼无人机喷流对纵向气动影响数值模拟

研究了类似全球鹰的V形尾翼无人机与发动机喷流之间的干扰.采用有限体积法,求解全三维N-S方程,对进气道和喷口的内流场与全机外流场进行一体化数值模拟,给出了有、无喷流情况下在不同高度、马赫数、迎角以及相应发动机工作状态下的纵向气动特性,分析了喷流的干扰效应对飞机外流场造成的影响,从计算结果看,发动机喷流对飞机纵向气动力特性和力矩特性都有一定量的影响.这些可以作为V型尾翼无人机和发动机气动布局设计的参考.     

超声速圆盘空化器超空泡流动数值计算方法

以超空泡射弹为研究背景,为分析在超声速条件下水的压缩性对圆盘空化器超空泡流场的影响,基于理想可压缩流体势流理论,提出了一套有限体积数值计算方法.采用可压缩流体满足的连续性方程和Tait状态方程,结合Riabouchinsky超空泡闭合模式,提出了针对超空泡流场反问题的一种求解方法.根据超空泡表面不可穿透条件,设计了一种新的超空泡外形迭代方式.在解决超声速圆盘空化器超空泡流场计算问题的基础上,分析了压缩性对超空泡形态和阻力系数的影响.在超声速条件下（马赫数为1.0~1.2）,流体压缩性将导致超空泡前后略微不对称,前端比尾端截面更窄,空泡最大截面略微向后移;在相同空泡数下,随着马赫数的增加,空泡长细比逐渐增加,压差阻力系数也不断增加.计算结果与经验公式及有关文献结果吻合较好.     

蛛网几何模型的气动特性数值模拟分析

从几何角度对蛛网抵抗飓风的原因进行探究,基于最常见的蜘蛛网的形状,建立了同心圆蛛网模型,并设计正方形网状模型与其进行对比.采用数值模拟的方式,计算不同风速下两种几何模型的迎风阻力,通过对比,发现了同心圆蛛网模型受到阻力较小的特点.并以SDF型隧道轴流通风机为例,对使用蛛网型防虫网所节约的电机功率和电能进行计算.结果表明,蛛网几何模型可以节约能源,适合用于防虫网设计.     

透平动叶栅二次流涡系演变及气动特性的数值模拟

采用控制容积积分法和协调一致的求解压力耦合方程的半隐算法，数值求解了三维稳态时均N－S方程组，并应用可实现k-ε湍流模型，计算 低展弦比透平叶栅二次流涡系的演变特点及叶栅气动特性。计算结果与现有的试验结果吻合良好，表明所用的数值方法及湍流模型适用于模拟存在复杂涡系的叶栅流动，计算结果表明，与静叶栅相比较，由于动叶栅的折转角较大，且气流膨胀加速程度较小，通道内横向压力梯度对涡系的发展及叶栅的气动特性产生了更为显著的影响，使得马蹄涡压力面分支在叶栅流道进口区域即与端壁上的横向流动相融合，并很快发展成强度较大的通道涡，马蹄涡吸力面分支也会较早地受到通道涡的卷吸而消失，以致叶栅的能量损失显著增大，出口气流角沿高度方向分布也很不均匀。