跨音速大迎角Euler方程数值分析

应用有限体积法离散三维Euler方程,选用三步显式格式进行时间推进求解;并通过当地时间步长、残值光顺、焓修正等方法加速收敛。对一维波动方程的von Neumann稳定性分析说明这种三步格式的最大Courant数是2。对三角翼跨音速大迎角流动的数值分析表明文中的三步格式及焓修正方法优于人们经常采用的四步、五步格式以及焓阻尼技术。

大迎角体涡、翼涡干扰的Euler方程数值模拟

本文用Ｅｕｌｅｒ方程的简化分区算法计算翼－身组合体绕流。当大迎角时，计算能自动捕捉到大后掠前缘的分离涡，机身的分离涡由强加Ｋｕｔｔａ条件生成，形成体涡与翼涡的相互干扰。本文对加长前机身的ＡＧＡＲＤ－Ｂ翼－身组合体模型，给出机身有分离和无分离时，横流截面的速度矢量分布、法向力和压力中心，分析体涡的影响。

旋成体大迎角分离流的Euler方程数值模拟

用三维Euler方程计算旋成体的大迎角绕流,我们发现:亚声速自由流时,计算得到的是无分离流动,与实际的分离流不相符合,因而计算的法向力大大小于有分离的实验值;而当自由流为超声速,且横向自由流M数较高时,由于背风表面出现激波,无粘Euler方程的数值计算能自动捕捉到背风面上的分离涡,计算法向力与实验值接近。为了对亚声速自由流用Euler方程数值模拟大迎角旋成体背风面上分离涡,根据问题的物理图像,在假设的分离线上,提出强加Kutta条件的方法,成功地计算出有分离流动,使计算的法向力与实验值接近。

双向飞翼超声速客机激波阻力和声爆研究

基于超声速双向飞翼构型,采用CFD方法进行阻力计算,采用F-BOOM程序进行声爆计算,研究翼型、平面形状和EFCE激波阻力优化算法对双向飞翼激波阻力和声爆的影响。计算结果表明,平底构型可以明显降低双向飞翼超声速客机的超声速巡航的声爆,却很大程度上增加了巡航阻力,而对称构型却恰好相反;细长的平面几何形状对降低双向飞翼激波阻力和声爆都有作用,尤其对降低对称构型的声爆效果明显;EFCE激波阻力优化算法对降低双向飞翼激波阻力有明显作用,但同时会带来声爆方面的不利影响。因此,超声速客机的减阻设计和低声爆设计需要进行权衡研究。

高超声速热气动弹性中结构热边界影响研究

基于分层求解思路研究结构热边界对高超声速飞行器全动舵面和翼面结构热气动弹性特性的影响。首先,基于CFD求解N-S方程得到热环境,在此基础上进行结构的瞬态热传导分析,进而分析结构由于温度梯度产生的热应力和温度对材料属性的影响下的模态固有特性,然后将结构振型插值到气动网格上,最后,通过求解Euler方程得到流动参数,基于CFD的当地流活塞理论计算气动力,在状态空间中进行了气动弹性分析。通过对4组结构模型进行热气动弹性分析,研究了结构热边界对舵面和翼面热气动弹性的影响,结果表明:对全动舵面而言,结构热边界首先会影响舵轴处结构的热传导过程及温度分布,进而对结构固有频率、频率间距、颤振速度以及颤振频率的变化产生的影响达到了16%。对翼面而言,结构热边界对结构固有频率、频率间距、颤振速度以及颤振频率的变化产生的影响约为1%。因此,工程实际当中,进行热气动弹性分析时应采用合理的结构热边界。

发动机位置对大型运输机动力增升效能的影响研究

参照C-17运输机,建立了外吹式襟翼动力增升全机几何分析模型。采用多块结构化网格技术,基于RANS方法,分别对高升力构型和轴对称发动机动力喷流进行了数值模拟验证,在此基础上开展了发动机短舱位置和喷流方位对动力增升效能的影响研究并总结其设计原则。计算结果表明,短舱垂直位置对动力增升效能影响最为显著,发动机每下沉100 mm升力至少损失0.1。为获得理想的动力增升效果,发动机短舱应在避免巡航状态喷流直接冲刷机翼下表面的前提下尽可能地靠近机翼。发动机水平位置主要影响中等以上迎角的气动力特性,短舱前伸有利于喷流进入缝道并且存在兼顾最大升力系数和失速和缓特性的最佳前伸量。发动机负的安装角每增加1°,升力可增加0.1以上,适当给定负的发动机安装角可使得尾喷流向上倾斜从而被襟翼完全阻挡。通过改变发动机位置,在起到更好的动力增升效果的同时,通常都伴有低头力矩增大,压力中心后移,以至于全机安定性增加的同时平尾配平的负担也相应增加。