钝头翼型和机翼跨音速绕流的渐近展开分析

本文利用渐近展开匹配法分析钝头翼型的跨音速绕流,导出了描述前缘附近流动的一级近似、二级近似下的速位方程、边界条件及相应的近似解析解,并构成关于翼表面速度的一致有效合成解,消除了跨音速小扰动近似的前缘奇性,对于大展弦比后掠翼绕流,可利用翼型绕流分析结果,消除机翼前缘奇性。     

绕圆柱体跨声速流场

本文将保角曲线坐标方法应用于绕物体外部的跨声速流动.文中讨论了圆柱体跨声速绕流,计算了来流马赫数M_∞。为亚临界,超临界和M_∞为l的流场.给出了不同来流马赫数下柱面马赫数和压力分布,柱面前端中心流线上马赫数分布.给出了超临界绕流时不同来流马赫数下的声速线和来流马赫数M_∞从0.2,0.3到1的等马赫数线分布.本文部分结果与已有的理论结果进行了比较.本方法计算简单,精度好,是计算厚体跨声速绕流的有效方法,适用于不同形状的柱体和机翼的跨声速绕流.     

尖头旋成体跨声速自由飞的流场显示研究

本文利用弹道靶设备开展了尖头旋成体模型跨声速自由飞的流场显示工作;讨论了实验中的有关问题;给出了部分流场显示结果.这些结果清楚展现了模型在很小干扰下的绕流情况.从中可真实了解尖头旋成体跨声速自由飞流场的内部结构;对了解跨声速流场有一定参考价值.     

翼吊式双发民机机体/动力装置一体化数值分析

介绍了多块网格技术与流场分区求解方法在翼吊式双发民机机体／动力装置一体化研究中的应用。数值求解Ｅｕｌｅｒ方程模拟复杂组合体绕流。采用边界层方程／Ｅｕｌｅｒ方程耦合迭代技术进行翼面粘性修正。为保持Ｅｕｌｅｒ注解中计算网格固定,粘流／无粘流耦合迭采用表面源模型。该方法对某民用飞机模型跨音速绕流流场进行了数值模拟,机翼表面计算压力分布与实验吻合良好。     

亚跨超声速喷管流场

本文给出保角曲线坐标下理想气体二维定常无旋等熵流函数方程的一般形式.以相应的不可压缩位势流的流线和等位线为坐标,给出简化的流函数方程和它的一般解.将上述结果应用到喷管流动,给出喉部壁面曲率半径、收缩比、壁面最大倾角都可按需要选取的,从亚声速通过跨声速到超声速的喷管流动解.这个解适用于不同比热比. 作为应用举例,本文算出典型喷管的流动特性.其中包括:低亚声速、中亚声速、高亚声速喷管流动的等马赫数线;超声速喷管流动的声速线、等马赫数线、影响线、极限特征线、分支线和等时线等. 本方法可推广到绕物体外部流动,管道内绕物体流动,叶栅流动等,特别是在跨声速区可得到较好的结果.此外,可推广到具有平衡或非平衡的化学反应的情况;也可推广到轴对称情况.     

跨声射流问题的屈科米方程解法

本文所討論的二維跨声速射流的問題需要在速度圖內求屈科米方程的解。我們先利用了此方程在超声速区域的一般解,从而得出流函数和其偏微商在声速綫上的函数关系,把本题簡化为一个純亞声速的边界值問題。可是直接求解仍有困难。在克服这个困难时,我們根据亞声速区域内的边界条件,找出声速綫上的流函数和其偏微商的另一函数关系。从这兩个互不抵触的关系,便可以决定声速綫上之流函数值或其偏微商。     

圆柱绕流教学中常被忽略的一个问题

<正> 笔者所见不少流体力学教材在讲述无环量圆柱绕流时,大都这样处理:1)推出速度势(?)(或流函数(?))满足的 Laplace 方程 ▽~2(?)=0(或▽~2(?)=0);2)给出若干个基本解;3)将均匀流与偶极子两个基本解叠     

基于自适应直角网格的二维全速势方程有限体积解法A finite volume method for 2D Full-Potential equation on adaptive Cartesian grids

为满足亚声速和跨声速飞机概念设计中快速气动计算的需求,研究和发展一种基于自适应直角网格的非线性全速势方程有限体积解法。要点如下。（1）在几何自适应直角网格的基础上,使用结合单元融合的网格切割算法处理物面边界,提出一种修正非贴体切割网格的方法。（2）采用隐式格式结合GM RES算法求解该非线性位流方程,针对流场的自适应来捕捉激波。（3）采用镜像法处理物面边界处的无穿透条件,并提出解析的方法来修正镜像单元的值。（4）针对直角网格的特点,提出在库塔线上插入库塔单元的方法施加库塔条件。NACA0012翼型绕流的算例结果表明,该方法用于亚声速和跨声速气动计算能得到令人满意的结果,且自动化程度高、收敛速度快。     

基于自适应直角网格的二维全速势方程有限体积解法

为满足亚声速和跨声速飞机概念设计中快速气动计算的需求,研究和发展一种基于自适应直角网格的非线性全速势方程有限体积解法。要点如下。(1)在几何自适应直角网格的基础上,使用结合单元融合的网格切割算法处理物面边界,提出一种修正非贴体切割网格的方法。(2)采用隐式格式结合GMRES算法求解该非线性位流方程,针对流场的自适应来捕捉激波。(3)采用镜像法处理物面边界处的无穿透条件,并提出解析的方法来修正镜像单元的值。(4)针对直角网格的特点,提出在库塔线上插入库塔单元的方法施加库塔条件。NACA0012翼型绕流的算例结果表明,该方法用于亚声速和跨声速气动计算能得到令人满意的结果,且自动化程度高、收敛速度快。     

非中单翼后掠翼-身组合体在超音速零迎角绕流时由于机身轴对称变形所产生的压强分布

在超音速亚临界后掠翼-身组合体的空气动力设计过程中,为了改善零迎角绕流时翼根区域的压强分布,除可改变翼根区域的机翼剖面形状外,还需要改变机身外形,这就需要研究在超音速零迎角绕流情况下,机身变形所产生的压强分布。     

计算气动弹性若干研究进展

郭永怀和钱学森先生早在1946年提出了上临界马赫数的概念,即对于亚声速的二维无旋流 动,当来流速度达到下临界马赫数时开始出现声速. 稍增加来流速度,光滑无旋的亚、超声 速混合流动可以继续存在,理论上只有当来流速度达到上临界马赫数出现激波后, 光滑无旋流动才被破坏. 随后, 航空工程界先驱们为提高阻力发散马赫数,降低马赫数1附近的飞机 阻力, 为突破声障, 提出了超临界翼型设计技术,引进了后掠翼设计概念, 提出了跨声速面 积律理论,导致了20世纪军民用航空飞行器的大规模发展.随着计算机技术和计算方法的 进步,不同程度地简化流体控制方程的求解方法得到大发展.基于雷诺平均Navier-Stokes方程的计算流体力学已广泛应用于飞机性能评估、复杂流动机理分析.目前, 气动外形优化设计、气动/结构耦合干扰、气动噪声等多学科问题成为空气动力学的研究热点.该文介绍作者的团队近年来在计算气动弹性研究方面的若干进展,作为对郭永怀先生诞辰100周年的怀 念.      

《力学学报》1993年分类目录

流体力振动翼型和襟翼的绕流特性研究…李锋超薄膜磁头滑块气动力特性............……饱和非饱和土壤中溶质运移的数值模拟……半浮区液桥热毛细对流速度场特征.....……浮体直棱角附近流场的奇异性.........……后向台阶湍流拟序结构的实验研究.....……Y型柱体绕流特性及风荷载.........……,…崔尔杰征宁孙秦学王保育汪翼云.....……傅仙罗邱克俭戚隆溪解京昌唐泽眉....……朱林生胡文瑞戴遗山连淇祥顾志福低超声速圆球绕流后体流场的数值模拟……昊应湘扰动本构方程及粘弹流体拉伸流动不稳定性...……高速二元柔壁自适应风洞消除三元…     

磁流体管道中的高超声速流动特性

本文在磁雷诺数Rm=(VL/V_m)(?)1和磁作用参数N(?)1的情况下,讨论了连续磁场对可压导电介质在管道电极与绝缘体连接端面区高超声速流动的影响问题。用复变函数理论求解拉普拉斯方程,得出电流密度和洛伦茨力的解析式,并从计算中,找到了产生环电流的足够条件。导出高超声速流的扰动方程,得出扰动参量的积分公式,并对扰动方程进行数值解,揭示出与不可压介质相似的流动特性,并讨论了在各特殊点附近的流动特性。     

梯形断面明渠丁坝绕流水力特性三维数值模拟

采用两相流混合模型,并选取RNG k-ε湍流模型封闭两相流时均方程,对梯型断面明渠非淹没式丁坝绕流水力特性进行了三维数值模拟。采用有限体积法离散计算区域,求解速度与压力耦合方程组时使用半隐式SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)算法,模拟自由水面时采用了VOF(Volume of Fluid)法。对丁坝后不同的回流长度进行了分析比较,并将模拟结果与实测资料进行了对比验证,结果表明两者吻合较好,相对误差小于8%,说明该模型能够很好地模拟明渠丁坝绕流的水力特性分布规律。     

转动非平衡玻尔兹曼模型方程统一算法与全流域绕流计算应用

基于过去开展稀薄自由分子流到连续流气体运动论统一算法框架,采用转动惯量描述气体分子自旋运动,确立含转动非平衡效应各流域统一玻尔兹曼模型方程.基于转动能量对分布函数守恒积分,得到计及转动非平衡效应气体分子速度分布函数方程组,使用离散速度坐标法对分布函数方程所依赖速度空间离散降维;应用拓展计算流体力学有限差分方法,构造直接求解分子速度分布函数的气体动理论数值格式;基于物面质量流量通量守恒与能量平衡关系,发展计及转动非平衡气体动理论边界条件数学模型及数值处理方法,提出模拟各流域转动非平衡效应玻尔兹曼模型方程统一算法.通过高、低不同马赫数1:5～25氮气激波结构与自由分子流到连续流全飞行流域不同克努森数（9×10-4～10）Ramp制动器、圆球、尖双锥飞行器、飞船返回舱外形体再入跨流域绕流模拟研究,将计算结果与有关实验数据、稀薄流DSMC模拟值等结果对比分析,验证统一算法模拟自由分子流到连续流再入过程高超声速绕流问题的可靠性与精度.      

GAS-KINETIC UNIFIED ALGORITHM FOR BOLTZMANN MODEL EQUATION IN ROTATIONAL NONEQUILIBRIUM AND ITS APPLICATION TO THE WHOLE RANGE FLOW REGIMES

基于过去开展稀薄自由分子流到连续流气体运动论统一算法框架,采用转动惯量描述气体分子自旋运动,确立含转动非平衡效应各流域统一玻尔兹曼模型方程.基于转动能量对分布函数守恒积分,得到计及转动非平衡效应气体分子速度分布函数方程组,使用离散速度坐标法对分布函数方程所依赖速度空间离散降维;应用拓展计算流体力学有限差分方法,构造直接求解分子速度分布函数的气体动理论数值格式;基于物面质量流量通量守恒与能量平衡关系,发展计及转动非平衡气体动理论边界条件数学模型及数值处理方法,提出模拟各流域转动非平衡效应玻尔兹曼模型方程统一算法.通过高、低不同马赫数1：5～25氮气激波结构与自由分子流到连续流全飞行流域不同克努森数（9×10^-4～10）Ramp制动器、圆球、尖双锥飞行器、飞船返回舱外形体再入跨流域绕流模拟研究,将计算结果与有关实验数据、稀薄流DSMC模拟值等结果对比分析,验证统一算法模拟自由分子流到连续流再入过程高超声速绕流问题的可靠性与精度.     

均匀来流中旋转圆柱黏性绕流的数值研究

从不可压非定常Ｎ－Ｓ方程出发，首次数值求解了均匀来流中圆柱作周向旋转振荡的黏性绕流问题。探讨了旋转角速度振幅、振荡频率及Ｒｅ数等因素对流场结构及其非定常演化过程的影响，并根据计算结果，给出了在旋转振动频率。速度振幅平面内流场涡结构的分区图。     

均匀来流中旋转圆柱黏性绕流的数值研究

从不可压非定常Ｎ－Ｓ方程出发，首次数值求解了均匀来流中圆柱作周向旋转振荡的黏性绕流问题。探讨了旋转角速度振幅、振荡频率及Ｒｅ数等因素对流场结构及其非定常演化过程的影响，并根据计算结果，给出了在旋转振动频率。速度振幅平面内流场涡结构的分区图。     

细长体后部非定常超空泡研究

采用积分方程方法,研究了轴对称细长体后部非定常超空泡问题.应用时间有限差分离散化方法,对积分方程进行了求解.以细长锥体空化器为例,文中分别给出了当锥角和空化数改变(简称扰动)时,空泡长度和形状的变化规律.当流场周期扰动时,分析计算了超空泡的尺度变化.分别采用本文方法和理论公式,对空泡长度与空化数的关系曲线进行了对比.数值结果表明,扰动周期越短,空泡长度的变化越小;在相同的扰动频率下,空泡越长,时间滞后越长;空泡长度相同时,扰动频率越高,时间滞后越长.在高频脉冲扰动下,有脉冲波形沿着空泡表面传播,其传播速度为来流速度.在周期小扰动情况下,扰动波形沿着空泡表面传播,传播速度也是来流速度.本文得到的数值结果为水下航行体空化器的分析和设计提供参考作用.     

高超声速边界层中模态转化的数值研究

在高超声速边界层中,第一模态和第二模态是与转捩有关的两个主要不稳定模态.除了不稳定模态,还存在一类稳定模态,其相速度在前缘接近快声波的相速度称为快模态.在感受性过程中,这类模态对激发边界层中不稳定模态起着很重要的作用.前缘感受性理论解释了边界层外扰动激发边界层中第一模态波的机理.针对高超声速平板边界层,利用相似性解剖面作为基本流,采用线性稳定性理论和直接数值模拟的方法研究了快模态和慢模态的稳定性行为.研究发现模态转化的位置与马赫数有关.根据线性稳定性理论的结果定义了临界频率.当扰动频率高于临界频率,第一模态与第二模态同支;而当扰动频率低于临界频率,第一模态与第二模态的共轭模态同支.借助稳定性方程的伴随方程分析了直接数值模拟的结果.直接数值模拟结果表明不论上游是快模态还是慢模态,当它们经过第二模态的不稳定区,它们都会演化成第二模态.这可用模态在非平行流中传播的特征来解释.