三维非结构运动网格的生成

采用Delaunay方法生成三维非结构网格,并对生成的网格进行了优化.采用局部剖分的方法来保证边界的完整性,不需要添加新的节点到原始表面三角形中.对于由于物体运动而产生变形的网格单元,用局部网格重新生成的方法来处理.     

含高速运动弹丸的膛口二次燃烧并行数值模拟

采用多组分ALE方程时含有高速运动弹丸的膛口二次燃烧流场进行了数值模拟.采用网格局部重构的动网格技术处理了动边界引起的网格变化,对流项和化学反应项分别用HLLC格式和基元反应模型进行处理,在多台PC机组成的集群并行系统中,基于域分解的思想对膛口二次燃烧流场进行了数值计算.结果表明,基于网格结构重构的非结构动网格技术能够描述运动弹丸对膛口流场结构和性质的影响,分区并行算法提高了计算速度.     

气动弹性及并行化求解研究

使用流固数值计算程序代码耦合的方法,将CFD与CSD耦合研究气动弹性的颤振现象.非定常气动力的CFD解法是基于非结构动网格上的ALE描述的三维Euler方程的有限体积法,结构颤振的CSD解法是基于有限元的线性模式叠加原理的机翼三维振动方程的求解.对用于非结构运动网格生成的标准弹簧近似方法进行了改进,提高了网格变形能力和网格质量.在CFD求解中,使用MPI 并行编程方法进行了网格区域分解并行化计算.针对AGARD445.6机翼的案例,进行了试验与计算数据之间的比对,并在运行中通过并行化编程,对耦合解算器的加速比以及并行效率进行了研究.     

四级海况下锚泊浮体的水动力和运动特性分析

针对自由液面跟踪无法准确预测锚泊系统运动特性和水动力特性的问题，采用基于全六面体非结构形网格动网格技术和自由液面捕捉法的 FINETM／Marine 商用软件，对锚泊浮体在四级海况下的流场和水动力和水运动特性进行分析，并采用 BRICS 离散格式进行自由液面运动方程离散。研究结果表明，该方法可以很好地预测锚泊浮体的运动特性和水动力特性。     

后效期弹丸加速过程的数值模拟

弹丸出膛后,其大位移运动和非恒定的运动速度是膛口流场数值模拟中的难题,为了解决这一难题,运用网格局部重构技术处理弹丸的大位移运动,将对称轴定义为网格变形边界,这使得弹丸在对称轴上的运动过程中不会导致对称轴上的网格体积为负,通过求解轴对称ALE方程组对弹丸出膛后的运动过程进行了数值模拟.由计算结果可以看出整个膛口波系结构的变化过程和弹丸先加速后减速的过程.     

Euler方程无网格算法在可压缩流场中的应用

无网格算法区域离散用“点云”代替传统的网格算法中的网格划分。在当地点云上,引入二次极小曲面逼近计算空间导数,离散的Euler方程运用五步Runge—Kutta法直接推进求解。文中将非结构网格上的守恒型耗散算子直接应用到无网格方法中．计算域内点的生成借鉴成熟的结构网格和非结构网格生成技术,点云的选取快速而方便。最后,运用该方法给出了几个典型的算例。     

一种新型非结构动网格技术及其在流动中的应用

从保证运动壁面附近网格质量的角度出发,通过建立边界标记算法计算当地弹簧倔强系数,建立了一种新型的、基于弹簧近似方法的非结构动网格技术。通过2个典型算例表明,此动网格技术计算量远远小于弹性体方法的计算量,但网格变形能力达到了同样水平。最后将该动网格技术与基于有限体积法的EULER方程求解系统耦合,计算了机翼与外挂物分离的流场,并给出了2个典型时刻的上下表面压力系数分布。计算表明,该方法是高效可行的。     

弹箭外部绕流数值仿真中网格的选择

讨论了结构网格和非结构网格在弹箭外流场数值仿真中的特点，提出了弹箭外部绕流数值仿真中选择网格的三点原则。以某火箭弹外部绕流数值仿真为例。对比了采用结构网格和非结构网格进行仿真时的内存占有量、CPU时间以及计算精度，其结果分析对弹箭外部绕流数值仿真中网格的选择具有一定的指导意义。     

基于动网格CFD技术的膛口弹前激波流场数值模拟

针对数值模拟弹丸膛内加速运动造成的网格变化,采用分块网格划分的整体运动处理方法和基于动态层变方法的结构动网格技术,保证了数值网格的质量。模拟弹丸膛内运动的弹前激波流场,并描述了激波流场的形成,发展过程,实现了含运动弹丸的膛口激波流场模拟。数值计算结果与实验照片进行对比,弹前激波流场的形状和位置能较好吻合,表明数值模拟方法是合理可行的。     

薄片状体沉降过程中的多体干扰流场特性

针对薄片多体气动力干扰问题,建立了相关的控制方程和湍流方程,分别采用二阶迎风格和全隐式方法进行空间离散和时间离散,建立了含碰撞响应的非结构动网格方法.利用耦合求解Navier-Stokes方程和刚体动力学方程,数值模拟了薄片多体沉降过程.数值模拟结果与试验记录的运动状态符合较好.对薄片多体沉降干扰非定常流场结构变化的分析和对其流动机理的研究结果显示,多体间的干扰不仅改变物体的运动姿态,而且促进分离.近距的初始相对位置下,薄片运动初期产生接触,提供了物体分离的反向冲量.薄片在干扰作用下滞空翻转并存在互斥的趋势,侧缘形成附着涡,伴随着物体运动发展脱落.     

水下航行体纵平面机动非定常水动力计算

非定常水动力准确计算是进行水下航行体弹道设计和机动性设计的前提。基于非定常三维不可压缩流体动力理论,建立水下航行体在纵平面内作机动运动时流体动力计算模型。利用多个动域对接的动网格技术实现航行体在纵向平面变速度平动和变角速度俯仰运动。计算结果表明,在保证网格质量的前提下,航行体的非定常流体动力可以通过计算模型获取。建模方法可以为其他类型航行体非定常流体动力的计算所借鉴,具有工程应用价值。     

基于动态嵌套网格的非定常气动力数值模拟

在惯性系下耦合求解非定常N-S方程和六自由度刚体动力学方程,对含有运动边界的复杂非定常流场进行了数值模拟,计算中采用动态嵌套网格技术,双时间方法结合Runge-Kutta显式时间推进进行数值求解。作为应用实例,数值模拟了矩形机翼刚性谐和振动以及外挂物投放的复杂非定常流场,计算结果同实验数据吻合较好,表明了数值方法的正确性和有效性。     

基于Logvinovich独立膨胀原理的超空泡形态计算方法

根据Logvinovich独立膨胀原理发展了一种用于计算定常、非定常自然和通气超空泡形态的计算方法。运用该方法对在圆盘空化器速度和流场压力扰动下的自然和通气超空泡非定常变化过程进行了数值仿真,结果表明：自然超空泡在非定常和准定常条件下的形态特性存在较大差别,超空泡长度变化相对于非定常扰动表现出时间滞后性;通气超空泡与自然超空泡形态特性也存在差别,通气超空泡在非定常扰动下的过渡时间较长,振动幅度较大。     

水下航行体空泡非定常发展预示方法研究

采用代理模型技术对预示水下垂直发射航行体表面附着空泡的非定常发展过程开展研究。采用独立膨胀原理获取了空泡长度、压力变化的主要影响因素,应用Kriging代理模型方法基于试验数据建立空泡长度特征量和空泡压力特征量的预示模型,典型工况的预示结果与试验数据比对表明两者吻合较好,验证了本方法的准确性。研究了边界条件对空泡非定常特性的影响,获得了不同环境深度、初始速度下空泡长度和泡内压力变化。     

空投货台摆荡阶段流体-固体耦合建模分析

为获得空投货台摆荡阶段的精确动力学响应,考虑货台大幅度摆荡对空气产生的非定常效应,基于平衡点法构建了空投吊挂系统多体动力学模型,并采用基于ALE格式的有限体积法建立了空气流场模型,在此基础上推导建立了非定常流动作用下的货台-空气流体-固体耦合分析模型。通过数值算例研究:验证了该多体动力学模型的鲁棒性和正确性;明确了层流非定常模型能较好地描述流体对平板的作用力,可用于空投货台摆荡阶段的流场分析;对比指出通过流体-固体耦合分析得到的非定常流动气动力显示出震荡特性,而定常流动假设模型会给货台带来类似粘滞阻尼的特性,其减速效果要比非定常流动模型强烈。     

高超声速弹头俯仰动态特性数值研究

在Etkin的非定常气动力模型基础上,采用非定常Navier-Stokes方程描述高超声速导弹标模外形(HBS)的非定常强迫振动流场,引入采用Power限制器的空间三阶精度PWNND格式进行数值离散,研究HBS在不同攻角下的俯仰阻尼特性,并与实验及牛顿理论结果进行了对比;同时还研究了包括振动减缩频率、振动振幅及底部流动等因素对HBS俯仰阻尼特性的影响。     

多片弹翼反坦克导弹动导数数值计算

为估计一种多片弹翼反坦克导弹动态气动特性,改进现有的数值模拟计算飞行器动导数的方法。采用准定常方法,利用滑移网格技术模拟飞行器定常滚转运动流场。使用减缩频率法,通过更改来流条件,模拟飞行器的非定常俯仰振荡运动。在此基础上介绍了滚转、俯仰阻尼力矩的具体计算过程。将这些方法应用于标准验证模型和一种多翼反坦克导弹的动导数计算中。计算结果表明：用这些计算方法计算飞行器的动导数,具有精度高、效率高的特点,可以被工程应用所参考。     

内压扰动对非定常空泡形态的影响

为获得存在压力扰动时的空泡形态变化规律,基于Logvinovich空泡截面独立扩张原理建立了空泡内压可变的非定常空泡扩张表达式,针对泡压非定常时域空间扰动模型,定义了3种内压扰动形式,分别就3种状态下空泡形态特性进行了仿真研究.仿真结果表明,建立的非定常空泡扩张表达式可用于描述多种内压扰动下空泡的扩张规律;切面空泡在内压的非定常变化中始终处于非稳定状态,但宏观主体空泡具有一定的自稳修正能力;在非定常状态下,空泡形态呈现出显著的可变形态及其与时间的强耦合关系;不同的内压状态可以显著改变空泡对于航行器的包裹程度,对航行器动力学特性产生较大影响.     

超限插值法在舵面振荡偏转数值模拟中的应用

为研究气动力对操纵面非定常偏转运动的动态响应,采用非定常雷诺平均N-S方程和基于弧长的超限插值网格更新方法,数值模拟了NLR7301二段翼型襟翼和方形截面导弹一对水平舵的振荡偏转运动。结果表明:基于弧长的超限插值算法能够较好的保持原始网格的正交性、光滑性,实现网格的更新。     

一种基于数值虚拟飞行技术的弹丸稳定性评估方法

基于数值虚拟飞行技术,采用动态嵌套网格,耦合求解非定常N-S方程和六自由度刚体运动方程,发展了一种能够考虑非定常气动效应的弹丸稳定性评估方法.通过对典型外挂物投放标模和BRL的M852子弹标模进行数值模拟,验证了数值方法正确、有效,可以用于数值虚拟飞行模拟.最后对某质量模拟弹丸进行了虚拟飞行模拟,给出了不同扰动情况下的落点散布和飞行稳定性评估结论.