三角翼大攻角分离流开缝吸气效应研究

分别采用数值方法和实验方法研究了大后掠角三角翼大攻角条件下，背风面开缝吸气对流场结构和气动力特性所造成的影响。数值模拟采用 Ｈａｒｔｅｎ Ｙｅｅ 的二阶精度隐式 Ｔ Ｖ Ｄ 格式和 Ｎ Ｓ方程；实验采用激光蒸汽屏流场显示和应变天平测力技术。通过在三角翼背风面开缝吸气，抽掉低能气流，实现增升的效果不理想，同二维吸气涡控制增升效果相差很远，这主要是由于二维同三维分离产生机理上的差异所造成的。

利用转动前缘的动边界效应控制翼面分离的数值模拟

本文使用数值模拟方法研究了活动翼面对翼型背风面分离的控制作用。数值实验的模型为一头部装有一可旋转圆柱的对称Joukowsky翼型。使用的数值方法为在贴体网格上用有限差分法求解可压流的NS方程。数值实验表明,当头部圆柱以一定角速度旋转时,其升力比不旋转时有明显的增加,分离也受到一定程度的控制。

三角翼跨声速动态失速与涡破裂特性研究

通过数值方法研究了高速气流中细长三角翼作匀速上仰机动飞行时的背风面分离流与涡破裂特性和气动力特性。结果表明，在三角翼匀速上仰非定常绕流中，涡破裂起始攻角与上仰速度关系比较复杂，在本计算速度范围内，涡破裂起始攻角变化很小；动态时涡破裂点发展速度随攻角变化规律与静态结果差别甚大；三角翼大攻角非定常绕流前缘涡涡轴附近的流动以不稳定涡和涡破裂为主要特征；在一定的上仰速度以后即使在中等攻角前非定常升力与定常升力仍有较大差别，与低速情况有所不同；上仰运动使涡破裂点发展速度被延缓，从而提高了失速攻角和最大升力，并使失速攻角与涡破裂起始攻角的间隔进一步拉大。

表面吸气方法控制分离的数值模拟

本文使用数值模拟方法研究了吸气效应对分离的控制及增升作用。数值模拟采用的出发方程为可压流的Ｎ－Ｓ方程，格式为Ｂｅａｍ－ｗａｒｍｉｎｇ格式的改进型。主要研究结果表明：（１）在一定的吸气压强Ｃ＿（ｐｓ）范围内，绕圆柱流动的卡门涡街现象基本消失，流动从典型的非定常流趋于定常，圆柱的升阻比明显提高；（２）对于圆柱，吸气压强系数Ｃ＿（ｐｓ）＝－６时，综合效果比较好；（３）吸气孔位置开在圆柱上表面逆时针方向６０°时，圆柱的升阻比较高；

翼型大攻角绕流的数值模拟

以求解二维N-S方程数值模拟NACA 0012翼型大攻角状态的可压绕流特性;N-S方程是在贴体坐标系中给出的,以代数方法生成C型网格系统。采用LU-ADI格式计算,为提高格式的稳定性在隐式和显式部分分别添加了2阶和4阶人工粘性项。应用BaldwinLomax湍流二层代数模型模拟了大攻角时前缘分离涡的形成,旋涡对流及其非定常现象。在某些Mach数和攻角下NACA 0012翼型的湍流解具有周期性。通过比较,本文数值计算结果同实验及国外相应的数值计算结果基本吻合。

三角翼大攻角绕流数值模拟研究

采用Ｈａｒｔｅｎ－Ｙｅｅ的二阶精度隐式ＴＶＤ格式对Ｎ－Ｓ方程进行数值模拟，研究了后掠角为６５°和７０°的三角翼绕流的流场特性。计算结果表明：ＴＶＤ格式中限制器函数的选取对于三角翼绕流结构的计算结果具有较重要的影响。结合张涵信的旋涡定性分析理论对旋涡的发展过程进行研究，此外，还对二次涡破裂现象和网格分布影响等问题进行了探讨。

细长体大攻角绕流的数值模拟

用数值模拟方法研究了细长体大攻角的绕流特性（求解在周向３６０°范围内进行）。数值模拟的出发方程是三维可压流的全Ｎ－Ｓ方程，格式为二阶迎风ＴＶＤ格式。通过数值模拟研究了附近，攻角１９°、３２．５°和５０°状态下，细长体绕流场中的激波、分离流动及表面压力分布等重要特征。

任意马赫数非定常流动数值模拟的统一算法

发展适用于从低速到高速任意马赫数非定常流动数值模拟的统一算法.通过引入一个伪时间导数项和一个新的预处理矩阵,得到双时间非定常预处理可压缩Navier-Stokes方程.方程的对流项采用三阶Roe通量近似差分格式离散,粘性项采用二阶中心差分格式离散.基于数值通量的线性化技术,实现伪时间步的隐式ADI-LU格式迭代,进而获得物理时间步的二阶推进精度.重点以低马赫数流动为例,求解了圆柱绕流和NACA0015翼型等速上仰动态失速问题.计算结果表明该统一算法能够较好地模拟低马赫数乃至任意马赫数非定常流动.

提高飞行器升力的若干方法研究

本研究用数值模拟方法研究了四种增升方法。数值模拟的出发方程是可压流的Ｎ－Ｓ方程，格式为Ｂｅａｍ－Ｗａｒｍｉｎｇ格式的改进型。通过上述方法分别研究了：（１）动边界效应对提高升力的作用；（２）涡的有利干扰对主升力面的影响；（３）吸气的驻涡增升效应；（４）升力面下表面向下喷气的增升作用。研究结果表明，采用上述四种方法均可有效地提高飞行器的升力，对改善飞行器的性能有着十分重要的意义。

翼型大攻角状态下表面吸气驻涡增升的数值模拟实验

用数值模拟方法给出了翼型大攻角状态表面吸气后绕翼型流动的某些新现象并对流场的特性进行了机理性研究,其中包括吸气对翼型背风面分离涡的驻涡增升作用;吸气孔位置对流场的影响;不同吸气强度以及间歇式吸气的增升效应。数值模拟的出发方程为N-S方程,差分格式为Beam-Warming格式。数值实验表明:(1)吸气可有效地提高翼型大攻角状态下的升力;(2)在一定吸气强度下吸气可使翼型背风面上涡的非定常脱落现象消失从而起到驻涡作用;(3)吸气孔位置在翼面的中部附近增升效果较好;(4)在一定范围内吸气强度越强其升力越高;(5)间歇式吸气也可提高平均升力,但引起升力的波动。

跨声速钝体绕流数值模拟研究

通过数值求解ＮＳ方程，进行了三方面工作：（１）格式和算法对返回舱跨声速流场特性的影响研究；（２）网格形态对捕捉跨声速弱激波的有效性研究；（３）模拟了无支杆和有支杆返回舱跨声速大攻角绕流流场，给出了后球体上的跨声速激波和后支杆上的第二道激波，及它们的干扰，流动现象和波系结构与实验观察一致，所用格式为ＮＮＤ格式和二阶迎风ＴＶＤ格式，隐式算法为ＬＵ－ＡＤＩ加最大特征值分裂算法。

化学非平衡高超声速电离流动数值研究

本文对非平衡化学区应高超声速绕流零攻角轴对称钝头体电离空气粘性流动进行了研究，通过带有化学源项的Ｎａｖｉｃｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程对流动作数值模拟，总的连续方程由单个组元守恒方程代替。高温电离空气中存在７个主要的组元，它们依次为Ｎ＿２，Ｏ＿２，ＮＯ，ＮＯ￣＋，Ｎ，Ｏ，和ｅ￣－。化学动力学模型由７个组元和这些组元之间６个可能的反应来描述。发展了一种数值方法以求解这组完全耦合的与时间有关的偏微分方程组。利用一类新的有限差分方法来求解这组以守恒形式表示的控制方程。这是一种以ＴＶＤ格式来离散粘性流通量的方法。在数值实验中采用了ＴＶＤＹｅｅ－Ｈａｒｔｅｎ格式，对全部算例都是用激波捕捉法。关于化学组元，我们试图处理完全催化壁、非催化壁和有限催化壁等三种不同的表面边界层条件。计算是对ＲＡＭＣ－Ⅱ试验条件进行的，得出了７１ｋｍ高空情形的典型流场数值解。对表面压力，Ｓｔａｎｔｏｎ数和热流率给出了化学反应气体结果与完全气体结果的比较。计算的流场电子密度与ＲＡＭＣ－Ⅱ实验数据进行了比较，计算结果与实验数据符合是相当好的。

紊流跨声速绕流的数值模拟

本文采用Baldwin—Lomax代数紊流模型,利用LU—ADI方法数值模拟了跨声速范围内紊流绕二元翼型的流动特性。通过数值实验证明本文所使用的方法求解跨声速绕流问题是成功的,它能给出同实验吻合较好的数值解。

细长体简谐振动绕流的数值模拟

用数值模拟方法研究了椭圆锥细长体简谐振动（模拟飞行器的曲线机动飞行）非定常过程的流场特性。数值模拟的出发方程是可压缩流的全N－S方程，计算格式为TVD格式。数值模拟中，研究了细长体简谐振动绕流的非定常流场特性、不同振动缩减频率和压缩性效应的影响，揭示了非定常流场的特性和流动机理。

振动翼型和襟翼的绕流特性研究

用数值模拟手段详细地研究了振动翼型和襟翼的绕流问题,数值模拟的出发方程为Euler和N-S方程,格式为Bcam-Warming格式的改进型。数值实验主要针对流场的二大特性进行的,即振动对激波的影响和振动对分离的抑制作用,结果表明:(1)随翼型或襟翼的振动激波强度和位置也相应地变化但这一变化滞后于攻角的变化;(2)振幅加大激波强度的变化和激波运动范围也加大;(3)振动频率越高对激波的影响反而较低频时要小;(4)流动条件的不同可使升力回线的走向发生变化;(5)振动对分离有明显的抑制作用。

钝头飞行器大攻角绕流流场计算

本文用有限差分法求解Ｎ－Ｓ方程，对具有大面积底部飞行器的高超声速大攻角绕流流场进行了计算，通过积分物面压力给出了飞行器的气动力特性，并研究了攻角的影响。物面压力系数和气动力系数与实验数据进行了比较，符合较好。结果可应用到返回舱和弹头的再入气动特性研究。

钝体高超声速三维分离流场特性数值研究

以双子星座简化外形为模型，通过有限差分法求解全Ｎ－Ｓ方程，数值研究了高超声速绕流中的三维分离流动特性。来流Ｍ＿∞＝７．０，Ｒｅ＿∞＝４．５×１０￣５，攻角范围为１０°－４０°。首先通过与实验油流照片的比较，证明了本文计算分离结构定性上的正确性。然后研究了不同攻角下背风面三维分离结构的变化，给出了柱段背风区常点型开式分离随攻角变化转变为整体闭式分离的过程，并从物理上分析了这种转变过程的合理性，认为不同分离形态在分离线起始点附近都有共同的压力条件，即垂直于分离线的逆压梯度，因此横向分离可以从常点型开式分离直接转化为闭式分离。

跨声速无粘流绕振动翼型流动的数值模拟

本文从Euler方程出发,利用LU-ADI格式对绕二元振动翼型跨声速流场进行了数值模拟。文章中给出了绕NACA0012和NACA 64A 010翼型不同状态的几组数值结果,在同某些实验和其它文献结果基本吻合的前提下,研究了振动对翼型表面压力、激波位置的非定常效应以及其它振动参数对流场非定常效应的影响。

LU-ADI方法在求解跨声速翼型绕流问题中的应用

本文利用LU-ADI方法求解了跨声速范围内的Euler、NS方程。研究了边界的处理和某些求解方法的改进。

实用S形进气道内部流动特性研究

根据ＹａｎｇＪＹ的思想构造了一种求解湍流ｋ－ε模型方程的有限差分格式—湍流Ｕ－格式。采用此种方法以及一种完全Ｎ－Ｓ方程解算器对变截面Ｓ形弯曲进气道内部旋涡湍流运动进行了研究，通过大量型号设计与计算证明了本套方法可以正确地描述流场中的分离、二次旋涡等重要物理现象。作为一种特例，本文给出了一种Ｓ形进气道内部流动的数值模拟结果，并与圆截面Ｓ形弯管的计算结果进行了定性比较。