复杂流动机理及预测方法研究

针对气动噪声计算问题,经过2年的研究,主要进展如下:(1)研究了高精度湍流模拟技术的数值方法。首先发展了一套基于高阶有限差分格式的流场求解器,并进行了系统测评;在此基础上,针对激波模拟精度,提出了带宽耗散优化方法(BDOM),发展了MP-LD格式,结果表明MP-LD格式对小尺度流动结构的捕捉能力以及对湍流的模拟效率要显著优于常规的高阶激波捕捉格式。(2)采用高精度湍流模拟技术研究了复杂流动机理。利用MP-LD格式和ASTR程序,对激波/各向同性湍流干涉(SITI)和激波/湍流边界层干涉(SBLI)等进行了DNS和机理性的研究。结果表明:湍流脉动之间的非线性作用使得大尺度湍流结构向各向同性恢复的过程更加复,而小尺度脉动结构则更容易恢复各向同性;由于来流速度脉动的影响,激波表面形状会发生变形,较高的来流速度脉动会导致当地激波位置更靠近下游,并增加激波的强度。(3)研究了压气机三维角区分离流动机理和湍流模型改进。针对角区分离流动,首先开展了先进实验测量和高精度数值模拟,为机理研究和湍流模型改进提供丰富的数据库。其次,提出了基于湍流非平衡输运特性改进湍流模型的新方法,并针对SA湍流模型,提出了两种改进方法:一是修正模型系数Cb1;二是基于当地螺旋度计入湍流能量反传物理机制。其中,基于螺旋度改进可以"自适应"计入湍流非平衡输运特性,可以"自适应"实现对不同工况下压气机三维角区分离流动的准确模拟。(4)研究了压气机转静干涉机理和时均模拟方法。针对转静干涉噪声,团队提出了时均模拟技术和线性谐波法相结合的快速非定常数值模拟思路。该课题首先采用非定常数值模拟技术,研究了转静干涉机理;其次改进了交界面处理方法,深入分析了确定性相关项的分布特点和对时均流场的影响特性,发展了确定性相关项模型,发展完善了时均模拟技术,为下一步和线性谐波法相结合,实现对转静干涉噪声源的快速非定常计算,提供坚实的基础。(5)建立了气动声学知识库系统和噪声机理知识。首先建立了国际上首套气动声学知识库系统;其次对大攻角超音速流动,发现了机翼上表面存在一种激波/滑移面共存结构,发现了一种新的气动噪声来源;最后针对气动声学重要来源之一的点涡与物体的相互作用,建立了一套点涡群对多物体受力影响的基本理论。

创新研究群体:邓小刚 叶友达 黎作武 袁湘江 陈坚强 毛枚良 张来平 杨永健 李志辉 李沁 卢笙 张涵信 研究方向:复杂流动机理研究及其数值模拟

中国空气动力研究与发展中心“数值模拟与航天空气动力学”研究集体是一个以中青年学者为主、年龄和知识结构合理、有丰富流体力学研究经验的优秀群体,成员间有着长期密切的合作,一直活跃在我国流体力学研究的前沿。

战斗机气动布局设计对风洞试验技术的需求与推动

随着军用战斗机所承担的作战使命任务日趋多样、复杂,传统、非传统的先进气动布局设计起着至关重要的作用。风洞试验是支撑飞机气动布局设计的重要手段之一,在气动特性分析过程中对气动力数据全面性和准确性的需求,不断推动着各类常规、非常规及定常、非定常风洞试验种类与试验技术的完善和发展。对局部关键区域流动机理、流动特性的研究需求,牵引着风洞试验流动显示技术的进步。针对近期风洞试验技术发展,本文提出了提高常规及动态试验精度、提高布局/进气道/喷管一体化试验精度、提高试验效率、重视高超声速试验技术等重点发展方向。

空天飞行器气动技术研究

气动技术的研究对于认识空天飞行器飞行环境和发展其他关键技术有巨大推动作用。根据空天飞行器的任务环境及外形特点分析了空天飞行器研究涉及的高温/稀薄等复杂流动机理、复杂耦合环境下气动特性的预测与验证、大空域宽速域高升阻比气动布局设计等三个气动方面的关键问题,并探讨了解决上述问题所需开展的关键技术,为后续空天飞行器的研究提供了一定的指导与借鉴。