基于非结构嵌套网格技术的低空大动压级间分离数值模拟

为有效预示低空大动压环境下飞行器级间分离过程,利用数值模拟技术耦合求解雷诺平均纳维-斯托克斯控制方程(Naiver-Stokes equations,N-S)和六自由度运动方程(6-Degrees of Freedom,6-DoF),仿真给出飞行器高速级间分离过程前后体及流体相互耦合的动态运动过程。结果表明:数值模拟级间分离过程可得到后体和前体清晰、直观的流场特性和分离轨迹、姿态特性;级间分离的流场结构丰富,存在分离区、回流区、高压区等,对前后体气动特性影响较大;依靠后体气动力可实现级间的安全分离,但后体的初始分离抬头趋势明显。

基于非结构嵌套网格的低空大动压头罩分离数值模拟

为准确模拟低空大动压恶劣环境下头罩分离的全过程,利用多面体非结构动态嵌套网格技术,耦合求解雷诺平均纳维-斯托克斯控制方程(Naiver-Stokes equations, N-S)和六自由度运动方程(6-Degrees of Freedom, 6-DoF),实时计算头罩分离过程中的刚体与流体相互耦合的动态分离运动。结果表明:采用数值模拟方法可得到清晰直观的分离轨迹,同时需合理配置主动分离力大小、作用行程、质心位置才能保证头罩分离安全;随着头罩分离张角的增加,高速气流进入头罩并在头罩和飞行器本体之间的间隙出现"填充-滞止-泄流"流动现象,直接影响头罩气动力变化。

基于非结构嵌套网格的旋翼前飞流场计算

发展了一种基于线性弹簧理论的非结构动态嵌套网格方法,通过求解非定常Eu ler方程模拟了旋翼的前飞流场。根据距离参数快速生成便于计算的两个重叠网格子域,利用运动区子域网格的转动来模拟旋翼的旋转运动,并对其运用线性弹簧动态网格技术来处理旋翼的挥舞和变距运动。发展了一种快速查找插值贡献单元的方法,无需建立Inverse网格,提高了计算效率和精度。使用高效双时间方法分区求解非定常Eu ler方程,两个子域的流场参数在重叠区进行耦合。计算了旋翼的两种前飞状态,所得结果与实验和文献结果都很吻合。

非结构嵌套网格的直升机旋翼/机身前飞流场数值模拟

建立了一个适用于前飞状态直升机单独旋翼、机身以及旋翼/机身组合体流场的数值计算方法及模型.在该方法中,使用非结构运动嵌套网格描述桨叶之间以及桨叶与机身之间的空间位置变化关系,控制方程采用惯性坐标系下的非定常Navier-Stokes(N-S)主控方程,空间方向上使用二阶迎风格式,时间方向上使用Lower-upper symmetric Gauss-Seidel(LU-SGS)格式.对于求解中遇到的旋翼/机身间距离过近所导致的贡献单元生成困难问题提出了一种新的解决方法.应用所建立的方法,分别对单独旋翼、机身及旋翼机身组合体的前飞绕流场进行了数值模拟与分析,计算结果与试验结果的对比表明本文建立的方法对直升机的前飞绕流场的计算和分析是很有效的.

针对旋翼流场模拟的自适应网格算法

针对基于格心格式求解器的旋翼流场模拟,提出了相应的自适应笛卡尔网格的数据存储结构及自适应算法。给出了相应的单元处理策略,简化了对自适应笛卡尔网格的处理;对于频繁的自适应加密过程中产生的大量重复点,采用了高效的交替数字树算法(Alternating digital tree,ADT)予以删除;对于自适应疏化过程中产生的大量无用点,提出了标记-删除-移动(Mark,delete,move,MDM)算法予以快速地删除,减少了不必要的计算资源消耗。对Caradonna&Tung旋翼在不同悬停状态下进行了模拟验证,对比了压力分布系数与桨尖涡位置。之后对HELISHAPE7A旋翼在前飞情况下进行了模拟验证,计算值与实验值吻合。此外,求解器对桨尖涡的捕捉效果得到了明显的提高,表明本文方法具有良好的有效性与鲁棒性。