一种基于径向基函数的非结构混合网格变形技术

网格变形技术被广泛运用于气动外形优化设计或气动弹性力学仿真之中。非结构混合网格由于拓扑结构比较复杂,其网格变形的难度较大。本章发展了一套基于径向基函数的非结构混合网格变形技术。其基本原理是运用径向基函数对物面边界网格节点的位移进行插值,然后利用构造出来的径向基函数插值序列将物面的位移效应光滑地分散到整个网格区域的节点上。为了提高网格变形效率,需要在物面位移的径向基函数插值过程中进行数据精简,为此,文中提出了一种基于贪心法逐级选择径向基函数空间子集来实现插值逼近的数据精简算法。选择NACA0012翼型和三维LANN机翼的非结构混合网格的典型变形问题作为数值算例,对该方法的实用性进行了验证。计算结果表明该方法具备较高的计算效率,对大尺度变形问题的适应性很好,变形后计算网格的质量仍然可以得到有效地保证。     

带有结构刚度非线性的跨音速翼型颤振特性研究

以非定常纳维尔－斯托克斯方程为主管方程,计算翼型振荡的瞬态非定常气动力,并与带有结构刚度非线性的颤振方程耦合求解,用时间推进的方法,计算了带有结构刚度非线性的结构响应特性,及带有三次型刚度和间隙型刚度非线性的跨音速翼型库振特性。计算研究表明,岂于同时具有结构和气动非线性,导致了振荡极限环极为复杂的特性。     

微型飞行器三分量天平设计与应用

文中在已经设计的单分量、二分量和三分量微型飞行器天平的基础上，运用正交优化算法，又改进设计了一台三分量应变天平。通过该天平在微型飞行器固定翼静态模型和扑翼动态模型的风洞吹风实验，表明该天平具有较高的精度和灵敏度，实验曲线连续光滑，可以较为精确测量微型飞行器的静动态气动性能。     

非结构混合网格下的三维舵面流动计算研究

运用非结构混合网格上N S方程的求解技术对三维舵面的粘性绕流进行了计算研究。在物面粘性作用区,运用改进的推进层方法生成三棱柱、金字塔和四面体型混合网格;在其它流动区域采用阵面推进方法生成四面体网格。采用基于重构中心格式的格心有限体积法和SPALART-A LLM ARAS一方程湍流模型对N S方程进行空间离散,运用通量线化假设和最大特征值方法进行雅可比矩阵分裂来实现隐式高斯-赛德尔时间迭代。以某带舵面偏转的机翼模型为数值算例,系统地计算和分析了迎角、舵偏角及马赫数对舵面气动特性和舵面流动分离的影响,并将计算得到的舵面铰链力矩与实验结果进行了对比验证。数值算例表明:该方法可以为三维舵面气动力和铰链力矩的计算与分析提供有效的数值工具。     

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。     

基于动态近似边界条件的气动弹性数值模拟

发展了一种利用欧拉方程计算非定常气动力的数值方法,通过在固定物面边界上满足动态近似边界条件计算出非定常气动力,避免了在每个时间步重新生成网格或需用动网格技术进行网格变形处理过程,提高了计算效率。运用这种方法计算了一系列非定常气动力算例,并与非结构动网格准确边界条件下的欧拉方程解和实验数据进行了比较,进一步分析了翼型俯仰角和马赫数对非定常气动力相对误差的影响。将气动力解算器与结构方程耦合进行气动弹性数值模拟,计算了跨音速具有S型颤振边界的二元气动弹性标准算例-Isogaiwing。算例结果表明,利用动态近似边界条件的欧拉方程具有简便、高效的特点,并能在小振幅情况下得到与精确边界条件精度相当的非定常流场解,还可以用于气动弹性分析。     

跨音速单自由度非线性颤振--嗡鸣的数值分析

在非结构运动网格耦合欧拉方程求解跨音速非定常流场的基础上，考虑了翼面一操纵面系统的缝隙间网格运动问题。采用中心有限体积法进行空间离散和双时间方法进行时间推进求解非定常欧拉方程。通过与气动力方程的联立求解，在时域内用四步龙格一库塔方法求解结构运动方程。细致地研究了翼面一操纵面系统的跨音速单自由度非线性颤振现象——嗡鸣，阐明了操纵面发生嗡鸣的机理。并在此基础上，数值模拟了有扰流片情况下的操纵面嗡鸣现象，论证了扰流片可以起到抑制嗡鸣发生的作用，具有很好得指导工程实践的价值。     

结合定常CFD技术的当地流活塞理论

结合定常CFD技术和超音速非定常气动力工程计算方法——活塞理论，发展了一种基于超音速、高超音速定常流场求解非定常气动力的当地流活塞理论。适用于超音速、高超音速飞机颤振中的小振幅非定常气动力计算。通过与非定常Euler方程求解结果的比较，发现在马赫数不太高或大迎角的超音速流动中，其精度比原始活塞理论高得多，也能够计算超音速、高超音速下大钝头和考虑机身干扰的复杂外形非定常气动力，扩大了活塞理论的应用范围。与非定常Euler方程或N-S方程的数值求解相比，计算效率很高。     

非结构网格迎风格式中的一种重构方法研究

研究了一种基于网格节点重构的二阶迎风格式在非结构网格无粘流场计算中的应用，提出了一种新的网格节点流场参数的重构方法。并通过ONERA M6机翼、带副翼的直机翼、翼身组合体以及翼身组合体带增升装置无粘绕流流动计算对该重构方法进行了验证。算例表明新方法可以在确保格式精度和不显著增加流场计算时间的前提下，明显改善迎风格式的稳定性、收敛性和鲁棒性，减小了网格质量对流场求解精度的影响，因此十分适合非结构网格计算复杂外形流场时使用。