一种非结构结构多层混合网格方法及其应用

对于粘性绕流的数值模拟,在自适应直角网格基础上,结合三角形非结构网格和结构化网格,利用其各自的优势和特点,提出一种生成混合杂交网格的思路和方法.在物面附近生成适合粘性流计算的大长宽比结构化网格,在远场分布自适应直角网格,快速离散计算空间.对于复杂的多体问题,采用三角形网格来连接各体网格,并运用网格合并的方法,保证各网格之间的光滑过渡与连接,提高网格质量.针对一些二维、三维外形的绕流问题,在上述网格基础上,采用B-L代数湍流模型和中心有限体积法,完成Navier Stokes和Euler方程数值模拟的对比计算,结果表明网格生成和流场计算是正确的.

基于计算流体力学的“虚拟飞行”技术及初步应用

以动态混合网格技术为基础,通过耦合求解刚体动力学方程、流体力学控制方程以及飞行控制律,建立了适用于飞行器"虚拟飞行"过程研究的一体化数值模拟技术.通过典型的外挂物投放算例对流体力学控制方程/动力学方程的耦合算法进行了测试,并对某导弹的姿态角控制过程、过载控制过程以及变马赫数条件下的控制过程进行了数值模拟,得到了与实验非常一致的结果.这些算例证明该一体化算法已经初步具备了针对复杂飞行器"数值虚拟飞行"的应用能力.

基于直角叉树切割网格的复杂外形N-S方程数值模拟

对于粘性绕流的数值模拟,在直角叉树切割网格的基础上,结合三角形非结构网格和矩形结构化网格,利用其各自的优势和特点,提出了一种生成混合杂交网格的思路和方法。在物面附近生成了适合粘性流计算的大长宽比矩形网格,在远场分布直角叉树切割网格,快速离散计算空间。对于复杂的多体问题,采用三角形网格来连接各体网格,并运用网格合并的方法,保证了各网格之间的光滑过渡与连接,提高了网格的质量。针对复杂多段翼型绕流问题,在上述网格基础上,采用B－L代数湍流模型和中心有限体积法,完成了 Navier－Stokes方程(N-S方程)的数值模拟。计算结果表明,网格生成和流场计算都是正确的。

限宽水域中船舶平面运动机构试验及水动力导数数值模拟

为探究有限宽度水域中大型船舶的水动力特性,基于计算流体力学(CFD)技术对限宽水域中的平面运动机构(PMM)试验进行数值模拟.在对有限水域宽度的PMM试验的动态模拟上,开发了混合动网格技术,数值计算结果与循环水槽PMM试验结果对比证明采用该方法有效.继而模拟不同宽度水域中的PMM试验,分析船舶水动力随运动速度变化的关系.结果表明,限宽水域中水动力随运动速度变化的非线性特征更为显著,船舶操纵加速度导数增大,位置导数减小,旋转导数的绝对值有所增加,二阶非线性导数值变化较大.

非定常预处理方法在倾转旋翼飞行器悬停状态气动干扰模拟中的应用

针对倾转旋翼飞行器的多种速度尺度并存的复杂流动问题,发展了能够统一求解同时包含不可压缩流动和可压缩流动的非定常预处理方法和一种考虑了流场物理信息传播方向的预处理远场边界条件。结合适用于倾转旋翼飞行器的复杂外形及大位移问题的非结构混合网格技术和重叠插值技术,建立了倾转旋翼飞行器的数值模拟方法。在此基础上,首先通过悬停算例验证了数值方法的有效性,确定了选择预处理截断参数的原则。然后探究了倾转旋翼飞行器直升机模式悬停状态的尾迹涡结构演化过程,研究了"喷泉效应"和"地面效应"对倾转旋翼气动性能的影响。计算结果表明,旋翼尾迹涡的耗散在不同方位角存在较大差异。"地面效应"抑制了旋翼尾迹的发展,提高了旋翼整个方位角区域的升力系数,而不仅限于机翼上方方位角区域。"地面效应"作用强于"喷泉效应"作用,使旋翼相对于孤立旋翼拉力系数略微增大了5.26%,但同时整个倾转旋翼飞行器的总的向上的力只有孤立旋翼拉力的82.46%。结论表明预处理方法和预处理远场边界条件能够较好地模拟倾转旋翼飞行器悬停状态的干扰流场,兼顾了数值计算的耗散性和稳定性。气动干扰对倾转旋翼飞行器整体气动性能有重大影响。

高超声速飞行器自适应减阻盘动态减阻机理

针对高超声速飞行器在动态机动过程中的减阻问题,基于非定常流动/运动耦合计算方法及动态混合网格生成技术,对自适应减阻盘在高超声速飞行器机动过程中的动态减阻效果开展研究,并分析飞行器阻力特性随不同参数的变化规律,为高超声速飞行器设计及优化提供一定的参考。同时,通过与固定式减阻盘对比,探讨2种方法在减阻机理上的差异。研究发现,在高超声速飞行器机动过程中,自适应减阻盘始终对准来流,有助于维持钝体前方回流区结构,有攻角状态下依然具有流场重构作用。相对于固定式减阻盘,在强迫俯仰振荡过程中,采用自适应方法后,80%以上的时间中减阻效果提升明显;且随着俯仰角增大,自适应方法的优势愈发显著。