两栖车辆形体优化数值模拟

针对两栖车辆水上行驶时,车体包络线对黏性阻力的影响问题,基于RANS方程结合k-ε湍流模型,利用"刚盖"假定,不计兴波阻力及来流湍流度的影响,进行了某两栖车车体模型静水航行的数值模拟.分析了车体在特定速度下,车体包络线的局部改变对黏压阻力系数和摩擦阻力系数的影响.通过分析对比模拟结果,提出了对车体局部细节的优化意见.     

高超声速尖双锥流动高精度数值模拟

以25°/55°尖双锥外形的高超声速低焓层流流动模拟为例,对高阶加权紧致非线性格式模拟激波/边界层干扰流动的能力进行验证和确认。空间离散采用二阶MUSCL和三阶、五阶加权紧致非线性格式,时间离散采用二阶精度双时间步方法,通量函数采用混合Roe-Rusanov,AUSMPW+,Van Leer等,对比了不同精度空间离散格式对时间、网格收敛特性和通量函数耗散特性的影响。数值模拟结果表明采用高精度空间离散格式能在较疏的网格上获得收敛解,并能消除结果对通量函数的敏感性,但收敛需要推进更久的计算时间。数值模拟结果与实验测量结果吻合良好,满足工程精度要求。     

高速水下射弹空泡形态及其CFD分析

射弹在水下空泡形态高速运动,实验研究存在很多限制。本文应用两种方法对高速水下射弹的空泡形态及阻力性质进行了研究,一是应用CFD仿真模拟软件,二是应用基于空泡截面独立扩张原理所建立的公式。研究表明：仿真计算结果与公式计算结果吻合很好;随着空化数的减小,空泡的相对长度、相对直径和长细比都在增大;在小空化数下,空泡前部形态基本不变,阻力系数主要为压差阻力系数,其值基本不变。研究结果为射弹的外形设计提供参考。     

基于虚拟试验环境下履带车辆滚动阻力系数的测试

通过建立履带车辆道路滚动阻力系数测试虚拟样机模型,在虚拟试验环境下测量了典型路面条件下的滚动阻力系数,研究了车辆行驶速度、履刺高度等因素对滚动阻力系数的影响.通过虚拟测试试验结果和实际测量结果的对比分析,验证了虚拟试验方法在道路滚动阻力系数测试中的可行性.     

二维水翼空化流动的数值模拟

基于RANS方程,结合不同湍流模型与空化模型对粘性流中二维NACA66012模型水翼附近流场进行数值计算与模拟.计算得到固定攻角、固定来流速度时升力系数和阻力系数随空化数的变化规律以及固定空化数时升力系数随攻角的变化规律,并对相应流场进行分析.在二维水翼空化流动的准稳态模拟中,重点对比分析了不同湍流模型、空化模型对空化流动模拟结果的影响,并将计算结果与实验数据进行比较.研究结果表明,在二维水翼附近空化流动的数值模拟中,采用k-ω湍流模型和均相流空化模型计算得到的结果与实验数据吻合较好.最后,采用分离涡模型对不稳定的空化流动进行了瞬态模拟,并得到空化流动的变化规律.     

冲压增程弹进气道设计方法与性能分析

以冲压增程弹为应用背景进行了进气道设计.结合增程弹的特点,讨论了轴对称进气道中心锥参数、喉道参数、外罩参数的选择.特别对进气道唇口处参数、扩张段角度设计方法进行了分析.设计了单锥混压式、单锥外压式以及双锥混压式三种进气道,并进行了数值模拟.分析了进气道主要设计参数对其性能的影响.数值结果表明,就增程弹的性能要求而言,双锥混压式进气道的性能较高.     

高超声速飞行器边界层外缘参数仿真分析

以高超声速飞行器为研究对象,构建快速准确计算高超声速飞行器无黏边界层外缘参数的计算方法。拟合空气比热、比热比随温度变化曲线,建立空气属性温度划分准则。基于不同空气属性建立高超声速飞行器边界层外缘参数工程与数值计算模型,采用钝双锥模型,对比分析工程估算、无黏数值及有黏数值计算方法的计算结果。结果表明,0°攻角状态下,基于无黏流场的数值计算与工程估算和有黏数值计算的压强最大差值分别为1.19%和2.39%;10°攻角状态下,最大差值分别为5%和50%;从而证明所提出的无黏数值计算方法明显优于工程计算方法,为进一步快速准确计算高超声速飞行器气动热环境奠定了重要基础。     

基于高精度加权紧致非线性格式的γ－Reθ转捩模型标定与应用

为准确模拟航空工程中的转捩问题,在高精度数值风洞平台上采用低速平板试验数据对基于高精度加权紧致非线性格式的γ-Re_θ转捩模型进行了标定,并在二维低速问题中进行了应用。计算结果与试验的对比表明:基于高精度加权紧致非线性格式的γ-Re_θ转捩模型可准确模拟自然转捩、旁路转捩及分离转捩的位置,并且具有较低的网格敏感性;在中等雷诺数范围,层流区域和湍流区域有相同量级时,计算必须采用转捩模型才能准确模拟阻力系数。     

交叉激波湍流边界层干扰问题数值模拟

基于BANS方程,采用有限体积法离散计算区域,对流项使用Harten TVD格式进行流场求解,湍流部分应用Menter SST两方程湍流模型,建立了隐式LU-SGS方法的三维CFD计算程序,数值模拟了来流马赫数4.96条件下的18°×18°对称双楔产生的交叉激波/湍流边界层干扰问题,计算了不同剖面沿展向压强分布以及流场的详细结构,并将计算结果与相关文献的实验与计算结果进行了比较.     

基于高精度WCNS格式的γ-Reθ转捩模型标定与应用*

在高精度数值风洞平台上,采用低速平板试验数据对基于高精度WCNS格式的γ-Re_θ转捩模型进行了标定,并在二维低速问题中进行了应用。计算结果与试验的对比表明,基于高精度WCNS格式的γ-Re_θ转捩模型可准确模拟自然转捩、旁路转捩及分离转捩的位置,并且具有较低的网格敏感性。同时也表明在中等雷诺数范围,层流区域长度和湍流区域有相同量级时,计算必须采用转捩模型才能准确模拟阻力系数。     

Analysis of hydrodynamic characteristics of unmanned underwater vehicle moving close to the sea bottom

The accurate research on the hydrodynamics of unmanned underwater vehicle (UUV), which moves close to the sea bottom, has a great significance for its maneuverability. The structured grid of the computational models with different distances to the sea bottom and attack angles is generated by Ansys ICEM, and the flow field near the sea bottom is simulated using CFX. The characteristics of the drag, lift, pitching moment influenced by the distance to sea bottom and the attack angle are studied. The result shows that the drag coefficient increases with the decrease of distance, while it increases with the increase of attack angle. There exists attraction force when UUV moves close to the sea bottom, and the attraction force increases with the decrease in distance. The lift coefficient increases with the increase in attack angle. The absolute value of the pitching moment coefficient increases with the decrease in distance and the increase in attack angle.     

超燃冲压发动机二维进气道多级多目标优化设计方法

提出了超燃冲压发动机二维进气道的多级多目标设计方法。选择总压恢复系数、压升比和阻力系数为性能目标,引入多级设计概念,分别基于一维气动力学分析方法和计算流体力学方法,采用混合遗传算法对4楔角外压和2楔角内压混合压缩进气道进行了多级多目标优化设计,得到了问题的Pareto非劣解集。采用上述方法可以提升超燃冲压发动机进气道的设计水平,得到高性能的设计方案。     

固定舵二维弹道修正组件结构模型

为了满足二维弹道修正组件小型化设计要求,设计了3种二维弹道修正组件模型,应用Solid Works软件和ICEM软件分别建立3种修正组件的实体模型和网格模型,并利用Fluent软件进行气动特性数值计算,将计算结果进行对比分析,得出不同修正组件模型参数对气动特性的影响。研究结果表明,修正组件尺寸的减小会增大阻力系数;舵片形状和尺寸对阻力系数和升力系数影响较小,但是对滚转力矩系数影响较大,矩形结构的舵片对舵片周围气动特性会产生不利影响;在满足修正要求的前提下,可以适当缩小舵片面积来降低舵机控制难度,提升飞行稳定性。     

旋成体跨音速脉动压力环境分析与预测

脉动压力是进行结构响应分析和力学环境研究的重要依据。利用平均流场的数值模拟方法与基于实验的工程预测模型相结合的技术途径,对跨音速下旋成体的表面脉动压力环境进行了分析与预测,给出了旋成体在不同攻角、不同马赫数条件下表面脉动压力系数分布以及脉动压力功率谱分布曲线,并且与实验结果作了比较分析,得出结论基本一致。     

平流层飞艇气动特性相似缩比分析与风洞试验

阐述了平流层飞艇气动特性天地相似缩比分析设计方法,给出了刚体模型与柔性体模型完成风洞试验需满足的相似准则数,并指导完成两类缩比模型研制及风洞试验。通过对两类缩比模型风洞试验数据的分析,发现平流层飞艇不同充气内压下气动特性规律基本一致,但较刚体模型有明显的差异;柔性特征下的气动阻力系数明显高于刚体,在零攻角状态下甚至高出一倍,引发滚转气动力矩特性出现稳定与发散的本质变化。这对平流层飞艇特别是低压保形下的柔性气动特性评估,克服现有采用刚体气动特性数据或工程估算方法进行“动阻平衡”飞艇总体设计存在较大偏差的弊端,具有重要工程应用价值。     

T型坑道中爆炸冲击波传播规律的数值模拟

为了确定地下坑道中防护门上的冲击波荷载,首先需要弄清爆炸冲击波在坑道中的传播衰减规律.在模型坑道爆炸实验数据验证的基础上,应用数值模拟方法研究了T型坑道中爆炸冲击波的传播衰减规律.通过大量不同模型尺寸、不同炸药药量的数值模拟,得到了T型坑道中平面冲击波的形成位置,提出了爆炸冲击波通过T型坑道拐弯时新的冲击波压力衰减系数...     

有限质量降落伞充气动力学数值模拟

为研究空投任务中降落伞有限质量充气过程的动力学行为,基于罚函数耦合方法和网格自适应技术分析了降落伞柔性结构与周围不可压缩流场的流固耦合特性。数值模拟开伞过程伞衣三维外形变化,获得降落伞系统下落速度、阻力面积等参数;对比分析初始投放速度对降落伞开伞时间、伞衣阻力面积的影响;通过试验数据对比分析开伞力变化。计算结果表明,该方法可以有效模拟降落伞系统有限质量充气过程的动力学特性,仿真结果与试验结果相符。     

无限质量降落伞充气动力学数值模拟

为分析降落伞火星再入环境下的超声速开伞性能,基于任意欧拉-拉格朗日罚函数法和多介质任意拉格朗日欧拉算法,求解可压缩流场与降落伞结构的耦合动力学模型。数值模拟盘缝带伞超声速开伞过程外形变化,预测气动力作用下的伞衣织物三维结构动力学行为。结合风洞试验数据,对比分析降落伞开伞性能和前置体对伞衣充气外形的影响。最终给出超声速伞周围非稳态流场的尾流和激波分布。仿真结果表明:盘缝带伞在超声速开伞过程中被完全充满且充气效果良好,未出现塌陷情况;随着来流马赫数的增加,降落伞阻力系数逐渐减小,充气时间缩短。仿真结果与试验结果保持一致,验证了所提方法的有效性。     

雷诺数对沟槽减阻特性影响的数值分析

采用雷诺平均N-S方程和RNGk-ε湍流模型计算V型沟槽面的湍流边界层流动和黏性阻力,通过改变来流速度大小和沟槽面布置位置,研究了雷诺数对沟槽减阻特性的影响规律。计算结果表明,来流速度对沟槽减阻率的影响很大,对于一种尺度的V型沟槽,存在着一个具有较好减阻效果的来流速度范围,最大减阻率可达8.6%;沟槽面在沿来流方向上的布置位置对其减阻效果的影响则非常小。