水洞收缩段流场的数值模拟及优选

介绍了一种水洞非对称收缩段的数值模拟方法和程序，计算采用有限体积预估修正格式求解非定常欧拉方程．结合具体水洞设计对几种典型收缩曲线的三维流场进行了计算和分析，给出了沿轴向的压力分布，出口截面速度分布及分布的均匀性，选出最佳曲线，为水洞的设计提供依据．结果表明：本文的计算方法和程序对于水洞或风洞的三元收缩段，是有价值的分析和辅助设计手段．

三维副翼铰链力矩计算

数值模拟了带副翼偏转构型的二维、三维亚、跨、超声速来流情况的绕流流场,采用有限体积方法和AUSM+迎风格式数值求解N-S方程,四步龙格-库塔时间推进,湍流模型为Baldwin-Lomax和Spalart-All-maras湍流模型。二维模拟压强分布与实验数据以及CFD软件模拟结果吻合较好。采用交错对接网格,数值模拟了不同副翼偏角和缝隙、来流马赫数、迎角和雷诺数的三维构型流场。通过舵面铰链力矩与实验数据的对比分析表明了该数值方法模拟此类复杂流场的可靠性和舵面铰链力矩计算的有效性。发现并研究了亚声速来流时铰链力矩随迎角的反向变化趋势,初步分析了副翼的缝隙和雷诺数效应。

一种交互式分区网格的生成方法和软件

介绍了一个具有交互性能的网格生成系统——ＢＩＧＧ系统。它是采用Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下的Ｃ＋＋语言与Ｆｏｒｔｒａｎ语言混合编程技术开发的，具有界面友好、显示灵活、交互性能强等特点。网格生成实例表明，采用ＢＩＧＧ软件可以缩短网格生成的周期，提高网格生成的质量。

交互式网格生成技术研究

探讨了分区网格生成的交互方法 ,包括交互输入、图形显示、网格质量检查、网格求解过程的随机可视控制等问题。在此基础上研制了一种具有交互性能的网格生成系统———BIGG。应用该系统生成的网格实例及流场解表明该交互技术是有效可行的 ,研制的软件系统提高了生成效率和网格质量。

三维多段机翼复杂流场的计算和分析

采用中心差分的有限体积方法和分区技术求解了N S(Navier Stokes)方程 ,在分区求解技术中采用了满足通量守恒的内边界耦合条件 .分析讨论了三维襟翼的绕流流场 ,对“剪刀差”处的三维分离进行了探讨 ,初步揭示了绕流的主要特征及对附近物面压强的影响 .同时 。

滑移动网格在波浪水面迫降数值模拟中的应用

为研究飞机在波浪中迫降时不同航向对迫降性能的影响,在刚性动网格和滑移网格方法的基础上,开发出将两者相结合的滑移动网格方法,在保证自由面处于网格加密区的同时,可以模拟飞机在复杂海况下的任意姿态.数值模拟三维平板斜向冲击入水,将数值模拟的垂向运动历程及表面压强分布与实验数据进行对比分析,验证数值方法的有效性并得到网格参数的设置经验;用滑移动网格方法对飞机平静水面迫降进行数值模拟,将数值模拟的运动历程与实验数据进行对比,验证滑移动网格方法的有效性;在应用数值造波的基础上,模拟研究飞机迎浪、顺浪和平行于波浪3种不同航向的迫降,对比分析3种工况下飞机的运动历程和各部件受力情况.模拟结果表明:波浪中迫降的最优航向是平行于波浪,其垂向冲击力峰值比平静水面迫降大12%,滚转和偏航运动造成的影响也较小;迎浪迫降会产生较大的俯仰角峰值,垂向冲击力峰值比平静水面迫降大149%,并且会遭受多次波浪冲击作用,是最危险的迫降航向.

飞行器气动设计教学的思考与实践

飞行器设计空气动力学是重要的研究生专业课,本课程综合性强,涉及面广,将经典理论和飞行器前沿设计技术紧密结合,直接面向飞行器设计工程应用部门,本文重点讨论了课程的特点、课程内容的组织实施、教学方法的综合应用等方面。

绕大钝头短体外形跨音速大迎角湍流流动计算

采用数值模拟求解N S方程方法计算与分析了绕大钝头短体外形的跨音速大迎角时的湍流流动 .数值方法中选用VanLeer分裂格式离散无粘通量项 ,并构造了一种Limiter函数以保证TVD(TotalVariationDiminishing)性质 ,采用中心差分格式来离散粘性通量项 .计算中采用了B L湍流模型 .算例定性地表明绕流的三维分离具有准周期性的非定常特性 .

带有襟翼偏转的三维机翼绕流的N-S方程解

:给出了带襟翼偏转的三维机翼绕流的一种求解NS方程的计算方法。采用区域求解算法和对接分区网格技术相结合的方法,有效地求解了绕此外形的复杂流动。区域求解算法中提出了一种满足通量守恒的内边界耦合条件。流场求解时采用中心差分的有限体积方法对空间通量项进行离散,采用显式推进方法进行时间方向的积分。数值算例表明本方法是求解带襟翼偏转的机翼绕流的有效方法。

高升阻比翼型的设计

使用解析形状函数法和参数化翼型表示方法,将求解绕翼型流场的N S方程解与优化方法相结合,可设计出新的高升阻比翼型。计算结果表明,设计的新翼型满足设计要求,且获得比原始翼型高得多的升阻比,翼型设计方法是实用的。参数化翼型表示法比解析形状函数法对给定的初始翼型离散数据的准确度影响更小,更适合用于新翼型的设计。

高升力系统外形的数值模拟计算

分析和讨论了高升力系统外形无黏和黏性流动的物理特征,表明了流动现象的复杂性和求解的艰难性。深入研究了二维和三维高升力外形空气动力数值模拟计算的雷诺平均N S(RANS)方程方法、计算结果、以及它们和实验数据的比较。二维结果表明压强分布、速度型等计算值和实验值吻合很好,但最大升力系数两者仍有差异。三维计算最大升力系数的结果与二维类似。还分析了影响计算结果的各种因素,包括计算网格、湍流模型、外形的几何模拟的逼真度等。特别指出了转捩模型研究对提高计算准确度的重要性。文中解释了研究高升力系统外型的数值模拟方法,以及同时发展能估算CLmax的工程半经验方法的重要性和迫切性。

民机的一种新型布局形式——翼身融合体飞机

讨论了一种区别于机翼与圆柱机身的传统民机外形——翼身融合体(BWB)外形。从给定容积下减少浸润面积和摩擦阻力的考虑发展出了翼身融合体的概念。在满足系列设计约束条件下讨论了适于大型(800座)客机的翼身融合体的技术和商业上的可能性。概念设计研究表明,翼身融合体外形可获得比常规外形更好的性能。巡航升阻比可从传统外形的19提高至23。480座的BWB外形与同量级的传统外形(A380-700)相比,最大起飞重量可减少18%,每座位燃油消耗可减少32%,具有良好的环保性。通过气动载荷分布规律的反设计,翼型修型和三维优化设计等气动设计方法可以有效减阻和提高BWB的气动性能。由于BWB的高度融合性,讨论了多学科优化设计方法的重要性和有效性。BWB概念能够发展成BWB系列机,进一步提高巡航马赫数也是可能的。

小型和微型无人机的气动特点和设计

讨论了当前包括固定翼、扑翼和微型旋翼的小型无人驾驶飞行器(SUAV)和微型无人驾驶飞行器(MAV)的进展和未来发展可能涉及的技术问题。讨论了低雷诺数空气动力特性,包括分离气泡和展弦比的影响。介绍了用于拍动翼的非定常空气动力特性和高升力机理。讨论了目前存在的2种设计方法———多学科/多目标优化设计和探索式/进化式的设计方法,以及在设计中柔性翼和主动智能控制的重要性。

无人驾驶飞行器的气动特点和设计

首先论述了发展无人驾驶飞行器(UAV)的重要性,集中介绍了2种UAV的平台,包括:高空长航时UAV和无人战斗机(UCAV)。讨论了这2种飞行器空气动力特点和气动设计的主要问题。对于高空长航时UAV设计中要重点发展的专用翼型的设计,介绍了一种新型的杂交设计思想和提出了基于CFD技术的多目标多点优化设计的工具。讨论了此类飞行器三维机翼设计的基本要求和三维后掠自然层流机翼的设计UCAV设计中强调了气动/隐身综合设计的重要性,讨论了无尾布局时新型先进气动控制和矢量推进相结合的必要和难点。

民机设计中的多学科优化和数值模拟

结合世界民机研制的历程,论述了未来民机产品的要求和应用先进技术的重要性。讨论了市场模式的变化,即要求航空工业界提供更高、更快和更远(技术驱动型)的产品转变为生产快、价格低而性能更好(市场驱动型)的产品。这种变化要求新的设计方法、工具和过程。传统的按序和迭代的飞机设计模式将逐渐走向新的更加综合性的、如虚拟产品或综合的产品和过程发展的设计方法。多学科优化设计是实现新的综合设计方法的关键技术。简要地讨论了此方法并介绍了工业界应用的要求。计算流体力学(CFD)起着推动走向综合设计过程的作用。详细说明了CFD对民机成功设计的中心作用,讨论了其分析和设计的功能,说明数值模拟是未来飞机设计和发展中的关键模型化和模拟技术,对于现代化的综合设计的成功应用是很重要的。

基于N-S方程的翼型双设计点双目标优化设计

在使用N-S方程和尾迹面积分技术较精确地计算翼型气动阻力的基础上,对翼型进行参数化建模,应用Powell和目标组合方法讨论了翼型的双设计点双目标优化设计,并与单设计点单目标优化和单设计点双目标优化进行了对比.在给定设计条件下,2种翼型RAE2822和“类全球鹰”翼型的计算结果表明,针对翼型设计状态,合理选择目标优化函数是必要和重要的;所采用的双设计点双目标设计方法可以兼顾多种设计状态,其优化翼型相对原始翼型具有更好的压强分布,有效提高了升力系数和降低了阻力系数;相对单设计点单目标优化和单设计点双目标优化翼型也具有更高的综合气动性能.

基于欧拉方程的尾迹面法气动力计算

在飞行器气动设计中,气动力的分析与计算很重要。介绍了一种基于欧拉方程新的气动力计算方法。详细说明了该方法的基本原理,并用不同机翼在不同扰流情况下的气动力计算实例对该方法作了讨论与分析。数值模拟的结果表明该方法在飞行器的气动设计中是现实可行的,具有很强的工程应用价值。

带副翼的翼身组合体绕流的Euler和N-S方程解

将对接分区网格与分区求解算法结合 ,有效地求解了带副翼偏转的翼身组合体绕流的N S方程 .数值方法中选用VanLeer分裂格式离散无粘通量项 ,采用中心差分格式来离散粘性通量项 .分区交界面采用了一种满足通量守恒的内边界耦合条件 .数值算例表明该方法是求解带操纵面偏转的翼身组合体绕流的有效方法 .

高经济性静音中航程民机设计方法讨论

人们已愈来愈重视工业产品对环境的影响。人们直接感受民机对环境的影响首先是机场周边的噪声。静音飞机预案的研究目标是设计一种飞机,在机场周边听不见其响声,且油耗和排污指标优于现有的和正在设计的其他飞机。通过介绍SAX(Silent Aircraft eXperiment)三代概念机的研究进程,讨论了静音飞机设计的方法和使用的关键技术,包括具有一定准确度的快速翼身融合体准三维设计方法;具有最佳中央体外形的融合体气动外形设计;可平滑下弯的外翼前缘和后缘刷;分布、埋入式多风扇可吞吸边界层的发动机组;喷口截面可变的推力矢量喷管;先进的隔音衬管;整流的起落架等。最终的概念机SAX-40实现了在机场周边的最大噪声计算值为61 dBA,接近于稠密居民区的背景噪声,且使机场周边的人们不易感觉到飞机的起飞/进场。其油耗经济性亦达到了124座-哩/加仑的优异指标。

基于N-S方程的尾迹面法翼型气动阻力计算

研究了计算翼型阻力改进的方法——尾迹面法及尾迹面积分的位置和相应的积分技术．在亚跨声速时分别采用了表面积分和尾迹积分求得给定翼型RAE2822的阻力．结果显示，2种方法具有相同的结果，表明尾迹面积分方法是有效的，与实验值吻合较好．尾迹面法中，尾迹面位置应处于离后缘相对弦长距离0．6-1．0之间．尾迹面积分方法中积分结果不依赖于物体的详细几何外形，可以预计对曲率变化大的三维复杂外形，该方法有更大的优势．