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2019年  第4卷  第6期

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气体物理 第4卷 第6期 封面+目录
2019, 4(6): .
24 0
摘要:
面向工程应用的飞机流场快速自动分析工具开发
孙明哲, 李政德, 李丽雅, 杨薇, 杜玺, 林大楷
2019, 4(6): 1-11. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0769
89 8
摘要:
CFD分析技术目前已经成为飞机设计的主要手段,国外主要飞机制造商依托自主知识产权的核心求解器从事气动专业相关工作,如美国波音公司自主开发的TRANAIR软件[1].一款能够成功应用到工程上的CFD工具必须满足计算快速、分析准确、操作简单、运行稳定、功能全面等5方面要求,因此开发了面向工程应用的CFD快速自动分析SUN程序[2],采用内外流耦合流场分析技术,实现从前处理、网格生成、流场求解到后处理全流程一体化分析,可对机身、机翼、挂架和短舱部件组合的任意构型飞机亚声速和跨声速流场进行快速分析,形成具有中国商飞自主知识产权的核心CFD快速求解器,实现气动设计领域关键核心技术自主可控,在中国商飞多个项目中已经得到初步应用、支撑了相关工作开展.
并行重叠/变形混合网格生成技术及其应用
常兴华, 王年华, 马戎, 田润雨, 张来平
2019, 4(6): 12-21. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0760
64 6
摘要:
为了适用于柔性变形、相对运动等复杂动边界问题,建立了并行环境下重叠和变形相结合的动态混合网格生成技术.通过计算区域分解以及分布式并行实现了重叠和变形技术的结合,其中重叠网格采用了并行化的隐式装配方法,并发展了两种并行化查询策略.变形网格则采用了并行化的径向基函数(RBF)插值方法.并行化动态网格生成方法大幅提高了动态网格生成效率,有利于处理大规模的动边界问题.在此基础上,发展了基于变形/重叠动态混合网格的流动/运动/控制一体化数值模拟方法,进一步改进了耦合模拟软件平台——HyperFLOW.典型应用算例证明了该动态混合网格技术及一体化算法的实用性.
一种混合优化差分格式
武从海, 王益民, 张树海
2019, 4(6): 22-28. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0773
39 6
摘要:
优化差分格式一般用于计算气动声学和小尺度的湍流数值模拟,这类格式为了获取更好的短波分辨率通常牺牲了部分收敛精度.文章尝试结合最高阶精度格式与优化格式的特点,构造混合优化格式,提高优化格式的收敛精度以及谱分辨率.混合优化格式由模板上的最高阶精度格式与优化格式加权组合得到,权系数由当前模板上的值确定,这使得该格式为非线性格式.对于单色波问题,通过优化权的设计可大幅度减小相位误差.但是加权混合过程使得计算时间有所增加.数值计算证明了该格式的特点.
组合式高超声速飞行器布局设计与优化分析
陈立立, 郭正, 侯中喜, 邓小龙, 朱炳杰
2019, 4(6): 29-39. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0777
149 9
摘要:
针对高超声速飞行器气动布局设计难点,文章提出了基于多个基准流场的多部件组合设计方法.以锥导乘波体为基准,采用分段接序、多片组合的高超声速可调参数的气动布局设计,将飞行器分解为前体、机翼和中心体设计.前体和机翼以乘波体为设计思路,中心体构型根据装载需求设计,从而达到飞行器在边缘能够满足压力封闭,有效容积集中在中心体附近的总体布局思路,使得飞行器各部件功能清晰化.最终实现具有"乘波特性"的高超声速巡航飞行器参数可调的布局设计.文中对比了组合布局与传统乘波体的差异,在前体不变的情况下,研究了中心体长度、长宽比和长厚比对飞行器气动性能的影响.采用自由变形技术(free-form deformation,FFD)实现了高超声速飞行器的参数化和优化设计流程.结果表明组合布局具有更高的容积效率,可实现多参数化调节,具有良好的乘波特性,可为未来提高高超声速飞行器升阻比和满足应用要求提供方案参考.
基于分解策略的飞行器气动隐身优化设计研究
陈保, 白俊强, 黎明
2019, 4(6): 40-49. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0779
134 7
摘要:
为了综合提高飞行器的气动性能与隐身性能,文章利用基于分解策略的梯度优化方法,对某跨声速机翼进行气动隐身综合优化设计.采用Tchebycheff方法,将气动隐身多学科多目标优化问题分解为多个单目标优化子问题,再对每个单目标子问题进行梯度优化.通过求解离散伴随方程获得气动目标对设计变量的梯度,采用自动微分方法对物理光学法(physical optics,PO)程序进行微分,即可得到雷达散射截面(radar cross section,RCS)对设计变量的梯度.经过综合优化,获得优化解集中各给定权重系数对应下的分支解,相比初始机翼,优化机翼的阻力系数减小,升阻比提高,重点方位的雷达散射截面均值减小,验证了该优化设计方法具有较好的实用性.
扑翼尾迹中细丝的柔性对气动效能的影响
刘亮, 何国毅, 王振
2019, 4(6): 50-55. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0775
103 4
摘要:
柔性对生物的运动起着至关重要的作用,例如鸟类的飞行和鱼类的游动.对柔性的研究有利于深刻地认识一些动物的运动机制和制造高效推进的仿生机器.文章在侧向自由弹性细丝的模型基础上,对不同柔性细丝的气动效能进行了研究.数值模拟结果表明,在Kárman涡街中,细丝的阻力系数随着其柔性减小而减小,细丝尾端的振幅随着其柔性减小而增大.结果还表明,在一定范围的Reynolds数下,减小细丝柔性,细丝由在涡核之间穿梭摆动运动模式变成在涡街外侧摆动运动模式,其尾涡的对称性也发生了明显的变化.
地形强迫对西边界流的影响探究实验
宋雨薇, 孟帅, 曹勇, 陈旭, 孟静
2019, 4(6): 56-62. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0807
68 2
摘要:
文章实验旨在利用实验室转台、常角度倾斜斜面、圆柱形障碍物以及水泵来模拟西边界流和海底地形.利用PIV粒子图像测速技术探究表层流场,并讨论当地形障碍物位于不同位置时,西边界流的流态变化及能量分布情况,进而探究流域中涡旋的产生位置、传播路径和涡周期.实验结果表明正压条件下入侵西边界流的地形障碍物能够在其下游产生涡动能较大的流动并可认为是黑潮延伸体模型,并且由于此流动具有强烈的不稳定性,有非定常涡旋在此产生并传播;另外,不同位置的地形障碍物也可能导致西边界流分叉,产生回流流涡,进而使得西边界流流量以及能量分布发生变化.