有限振幅T-S波在非平行边界层中的非线性演化研究

研究对非平行边界层稳定性有重要影响的非线性演化问题 ,导出与其相应的抛物化稳定性方程组 ,发展了求解有限振幅T_S波的非线性演化的高效数值方法· 这一数值方法包括预估_校正迭代求解各模态非线性方程并避免模态间的耦合 ,采用高阶紧致差分格式 ,满足正规化条件 ,确定不同模态非线性项表和数值稳定地作空间推进· 通过给出T_S波不同的初始幅值 ,研究其非线性演化· 算例与全Navier_Stokes方程的直接数值模拟 (DNS)的结果作了比较·

可压缩非平行流边界层稳定性研究

采用线性稳定性理论和多重尺度方法 ,研究三维可压缩的非平行流边界层稳定性问题。分析了可解条件的特征 ,导出精确计算所需的伴随问题方程渐近外边界条件的矩阵表达式 ,给出有控制的重正化方法 ,以有效地克服刚性方程在积分求解中的困难。探讨与非平行性作用相关的方程和影响因素 ,特别是新的特征函数畸变对扰动增加率的作用。通过算例 ,清楚地显示了流动的非平行性对边界层稳定性的影响。

机翼翼尖减阻装置的应用和发展

利用机翼翼尖装置减少机翼诱导阻力是飞机减阻研究的重要组成部分。本文综合介绍了机翼翼尖装置的减阻技术研究的新发展，着重讨论了＂翼尖帆片＂、＂小翼＂以及＂剪切翼尖＂三种典型的翼尖装置的减阻原理、特性和设计技术的研究以及应用情况．研究结果指出，在接近设计条件下，上述翼尖装置与＂翼尖延伸＂相比，在减少诱导阻力方面将会起到更大的作用．对不同的翼尖装置的比较和分析结果表明，复杂的＂翼尖帆片＂将比＂小翼＂和＂剪切翼尖＂有着更好的减阻效果，而简单的＂小翼＂和＂剪切翼尖＂则能更方便地应用到飞机上．重要的是，对于不同的飞机，需要选择其最为合适的翼尖装置．最后，从翼尖获置的研究和发展的现状，对其发展前景进行评述和展望。

大小每相从,排云结阵行──从雁群结阵飞行谈起

简述飞行中的升力、诱导阻力及其旋涡。

孤帆一片日边来——漫谈船、鸟、飞机的“帆”

简述在不同风向情况下,“帆”的受力状况,分析从船上的“帆”到鸟羽翼、飞机机翼上加“帆”的助航原理.

后掠翼可压缩三维边界层稳定性计算

采用可压缩线化稳定性理论对后掠机翼的层流边界层稳定性进行了计算研究。对三维边界层中三维扰动波的可压缩稳定性方程组特征问题采用相关两步格式求解。与常用的初值法相比,具有不需预估特征值和快速收敛的特点。为得到渐近边界条件的准确表达式,导出了外边界上方程的解析解,这对精确的特征值计算和分析至关重要。为避免出现伪不稳定模态,选择了合适的稳定性方程组形式。最后,通过层流控制机翼和自然层流机翼的算例,研究了后掠翼上典型Tollmien-Schlichting(T-S)型扰动和横流(C-F)扰动稳定性问题,其结果与已有计算结果符合甚好。

带振荡上仰翼型分离流研究

对带振荡的快速上仰翼型的非定常分离流问题进行了计算研究。采用微分形式的动力学方程和积分形式的运动学方程相结合的有效方法,以及可用于有分离流动的Baldwin-Lom ax 湍流模型,精确地模拟大雷诺数大攻角下的复杂流场。依据流场的不同特点,使用分区方法进行计算,保证了计算精度,大大节省了计算时间。文中分析研究了非定常前缘强旋涡的演化过程和气动力的变化。

边界层横流驻定扰动稳定性问题

采用直接对稳定性方程进行数值积分的方法，计算和研究三维可压（可带边界层控制）边界层横流驻定扰动（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ）稳定性问题。导出积分初始边界处用于数值计算的矩阵表达式。通过改进的正则正交化并与误差判断相结合的方法，有效地控制正交化进程，克服了稳定性方程是刚性方程在积分求解中的困难。算例分析研究了跨音速后掠翼前部横流驻定扰动稳定性变化的关键因子和主要影响因素。

非定常边界层方程的微分求积解法

对微分求积法的关键问题-加权系数的确定进行了研究。在Lagrange插值逼近理论的基础上发展了计算各加权系数的方法,克服了原方法对网格节点选取有严格限制的局限性,使之更适用于流体力学问题的研究。该方法用于求解非定常边界层方程的结果表明,仅用较少的网格点就能得到足够精度的数值解。

快速上仰翼型的非定常前缘分离研究

近几年,国外对翼型快速上仰运动进行了许多实验和理论研究,最大迎角可达60°以上,目的是探索如何利用由此产生的非常大的非定常气动力(如战斗机的超机动飞行)。研究的重点放在“动力失速问题”上,这时,称之为“动力失速涡”的“前缘涡”早已形成并向下游推移。但是,至今动力失速的确切原因和过程仍未被很好地了解。

翼型动失速问题研究

本文对俯仰振荡和快速上仰翼型的非定常动失速问题进行了计算研究。对绕流流场采用了高效率的分区精确数值模拟的研究方法,保证了计算结果的精度,大大节省了对非定常粘性流动至关重要的计算机时。文中单独划出前缘驻点区,对形成前缘动失速旋涡的前缘附近区域的流场进行精确计算。算例显示了动失速流场的形成、变化过程及其对气动特性的影响,计算结果和实验的比较是满意的。

层流控制和自然层流机翼可压缩边界层计算和应用

本文对后掠层流机翼可压缩边界层进行了计算研究。引入新的相似变换形式,避免了Kaups-Cebeci方法在变换中可能出现的奇性,导出了在新的相似变换下的偏微分方程组。对层流控制(LFC)和自然层流(NLF)机翼进行了计算,得到了满意的结果。

三维驻点可压缩边界层计算

本文对三维物体的驻点可压缩边界层问题进行计算研究。通过引入自动满足连续方程的两分量矢量函数和适当的坐标变换后所得到的边界层方程组虽然有了很大的简化,但是它的求解仍是一个八阶非线性边值问题。文中采用高效率的分步计算方法于边界层计算中,使得系数块矩阵从8×8阶降为三组2×2阶,这样大大简化了方程和减少了计算机时。本文还研究了一些重要参数,例如主速度梯度比,Prandtl数以及与壁面热交换有关的参数等对驻点边界层流场的影响。各种算例的结果显示,计算值与有关文献的完全一致。

NUMERICAL SIMULATION AND ANALYSIS OF HORSESHOE-SHAPED VORTEX IN NEAR-WALL REGION OF TURBULENT BOUNDARY LAYER

The low-Reynolds-number full developed turbulent flow in channels is simulated using large eddy simulation（LES）method with the preconditioned algorithm and the dynamic subgrid-scale model,with a given disturbance in inlet boundary,after a short development section.The inlet Reynolds number based on momentum thickness is 670.The computed results show good agreement with direct numerical simulation（DNS）,which include root mean square fluctuated velocity distribution and average velocity distribution.It is also found that the staggered phenomenon of the coherent structures is caused by sub-harmonic.The results clearly show the formation and evolution of horseshoe vortex in the turbulent boundary layer,including horseshoe vortex structure with a pair of streamwise vortexes and one-side leg of horseshoe vortex.Based on the results,the development of the horseshoe-shaped coherent structures is analyzed in turbulent boundary layer.

飞机尾旋特性的综合数据分析法

为得到飞机的尾旋特性准确的非线性仿真结果，提出了新的综合数据分析方法，在气动力建模时采用综合因子，合理地将总角速度分解成沿速度矢的分量和沿３ 个体轴的分量，沿速度矢量的旋转角速度用于旋转天平试验数据；旋转角速度的其它分量用于振荡天平试验数据，综合地使用了各类试验数据。给出的不同类型的六自由度仿真结果表明，综合数据分析法的结果和试飞结果相当吻合。

三维扰动波的非平行边界层稳定性研究

导出了三维扰动波的原始变量形式的抛物化稳定性方程（PSE）,研究了三维空间模态TS波的非平行边界层稳定性问题.采用了法向四阶紧致格式,以提高计算精度.通过给出不会导致奇性的坐标变换、修改外边界条件以及克服平行流初始值的瞬态影响和推进步长的限制,保证了计算的数值稳定.用补全元素带状矩阵法求解块三对角矩阵,大大提高了速度.计算结果清楚地显示了三维扰动波的演化过程和非平行性对边界层稳定性的影响,特别是,观察到非平行性对三维扰动波的影响,有时会使其稳定性出现逆转的现象.还研究了逆压梯度的作用.算例的结果与其他结果符合良好.

高阶(2+1)维色散长波方程的孤波解

为了求高阶 ( 2 +1 )维色散长波方程的精确解 ,先通过变换将其变为一个简单的方程 ,然后利用各种方法求该方程的精确解 ,最后再通过变换得到了高阶 ( 2 +1 )维色散长波方程的若干新孤波解 .本文简化了求非线性模型精确解的双曲正切函数法、双曲函数法。

转捩边界层中次生流向涡演化的数值研究

采用高精度直接数值模拟方法和高效的特征无反射边界条件,进行可压缩流转捩边界层中出现的次生流向涡演化的数值研究.精细的数值模拟结果清楚地揭示了转捩边界层的复杂流场中次生流向涡的形成和演化过程,探讨它对转捩至关重要的环状涡生成的影响,发现次生流向涡和主流向涡的共同作用形成环状涡的一种新机理.

可压缩湍流边界层近壁区马蹄涡的演化

采用大涡模拟方法对可压缩槽道湍流进行了数值模拟。通过给定扰动波方法确定进口边界条件,很快得到了完全发展的湍流。利用动态亚格子模型、预处理技术以及高阶格式和方法,得到了精确的数值结果。计算得到的速度剖面和脉动分量与直接数值模拟的解进行了对比,验证了计算结果的可靠性。结果清楚地展示了湍流场中马蹄涡的生成和演化过程,包括对称涡腿、单侧涡腿的马蹄涡结构,以及流场中存在由亚谐波引起的拟序结构的交错现象。分析了湍流边界层近壁区可能出现的复杂的马蹄涡结构,及其涡结构形状也不严格对称的现象。

边界层流动的非平行稳定性研究

采用极为有效的抛物化稳定性方程 (PSE)方法研究边界层的非平行稳定性。并利用抛物线坐标变换、有限远延拓外边界条件、及流向和法向全差分的数值方法 ,对不同频率的二维Tollmien Schlichting波的非平行稳定性进行了计算和分析。计算结果与Orr Sommerfeld方程(OSE)的解以及谱配置方法的PSE结果作了详细的比较 。