涡量控制对自主推进俯仰振荡翼型推进效率的影响

用自适应多重网格法和浸没边界法对俯仰振荡翼型的自主推进进行了数值模拟.在研究翼型原地摆动和自主推进的基础上,提出了一种确定俯仰振荡翼型推力的新方法,在得到推进效率与斯特劳哈尔(Strouhal)数关系的同时,还得到了斯特劳哈尔数与雷诺数之间的关系.通过分析不同推进效率下涡量场的演化规律发现,当尾迹中有正负涡抵消时,推进效率就会降低;反之,若出现同号涡的合并时,推进效率就会提高,从而说明涡量控制过程对推进效率的影响起着决定性的作用.

俯仰振荡翼型流场的离散涡数值模拟

利用离散涡方法对俯仰振荡翼型诱导出的非定常流场进行了数值模拟。针对以往离散涡方法无法精确计算前缘涡脱落的问题,利用边界层涡量和分离点处脱落涡量的关系,推导出了高攻角情况下前缘涡脱落位置以及环量的计算公式。分析了高低两种攻角振幅对应的前缘涡和尾缘涡的生长以及脱落过程,结合流场对翼型所受升力的演化过程进行了定量化研究。结果表明,振荡的攻角幅值越大,升力极值越大,由于前缘涡脱落导致的升力下降的程度愈加剧烈。

基于时间谱方法的振荡翼型和机翼非定常黏性绕流数值模拟

传统的双时间方法在非定常计算中长时间的过渡迭代推进求解导致其计算效率相对较低,针对周期性非定常流动问题的流动特征,发展了一种基于离散傅里叶变换的高效时间谱方法,用于求解振荡翼型和机翼的非定常黏性绕流。在时空耦合的雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程的求解中,对流项的离散应用了Roe的通量差分格式,物理时间项的离散方法为时间谱方法,伪时间推进采用了隐式LU-SGS(Lower-Upper Symmetric Gauss-Seidel)格式。考虑到湍流的时空耦合效应,时空耦合的Spalart-Allmaras一方程湍流模型的物理时间项同样采用时间谱方法进行离散。为了进一步提高计算效率,当地时间步长和多重网格技术等加速收敛的措施均被采用。算例对俯仰振荡NACA0012翼型和Lann机翼的周期性非定常流场进行了数值计算。结果表明:对于周期性非定常流场的数值模拟,相比于传统的双时间方法,用时间谱方法近似物理时间项,不仅能够提高流场的计算精度,而且更能够大幅度提高计算效率。