基于响应面方法的高超声速飞行器一体化布局气动设计与优化

建立了高超声速飞行器机体/推进系统一体化三维构型参数化模型,利用CFD数值计算开展了构型气动力的高精度数值试验并以此为基础建立了气动力响应面近似模型,以响应面近似模型作为气动力预测方法,结合遗传算法进行了高超声速飞行器三维构型的气动优化设计,获得了不同优化目标下的优化外形。     

并行计算在高超声速流场数值模拟中的应用

采用计算流体力学方法,对高超声速流场进行了多区并行计算研究。基于MPI消息传递库采用Fortran语言编制了CFD并行计算程序,对NS方程采用AUSMPW+格式和LU-SGS方法求解。针对流场采用多区剖分,将每一个子区分配给相应节点进行计算。每一迭代步,相邻子区域间交换边界数据。计算表明,本文所建立的程序和方法是可行的,能够进一步延伸到大规模并行计算和工程应用中。     

高超声速流动CFD并行计算研究

并行计算是CFD技术发展的必然趋势。本文从高超声速流动的特点出发,研究多分区结构网格下CFD并行计算方法,重点解决了区域之间流场信息的数据交换问题和边界处理问题,以保证流场的连续性。本文采用有限体积法求解高超声速流场,空间离散格式为Osher-Chakravarthy TVD格式,利用MPI消息传递模式完成数据交换,在自主搭建的PC集群上进行算例考核,验证了算法的可行性和正确性。     

基于结构网格的高超声速流动大规模并行数值模拟研究

本文采用MPI消息传递模式自主开发出适用于高超声速流动数值模拟的并行计算软件,该软件以三维Navier-Stokes方程为基本控制方程来求解层流问题,应用基于结构网格的有限体积法对计算域进行离散,采用AUSMPW+格式求解对流通量,利用MUSCL插值方法获得高阶精度,时间格式上采用LU-SGS方法进行时间迭代以加快求解定常流动的收敛过程。在高性能计算机上针对不同高超声速流动进行大规模并行计算的结果表明,所开发的CFD并行计算软件具有较高的并行计算效率,为高超声速飞行器气动力/热的准确预测提供了高效工具。     

具有乘波侧缘的高超声速飞行器气动外形设计

为了保持高超声速发动机流道构形,利用锥导乘波构形设计方法设计乘波侧缘与中心流道一体化构形构成高超声速飞行器基本构形,对设计构形的乘波特征进行了数值验证,利用乘波构形在高马赫数下的过渡乘波特性,采用变马赫数设计,设计了不同的乘波侧缘与中心流道一体化构形,研究表明通过该方法可以快捷的获得完全乘波的构形作为高超声速飞行器一体化构形。     

CFD差分格式及限制器计算对比分析

差分格式是计算流体力学中最为核心的因素,一直是CFD发展的主线.为了分析比较各种差分格式和限制器,以激波管Biemann问题为算例,应用八种差分格式和五种限制器进行了计算分析,对比了各种格式对于膨胀波、激波及接触间断的分辨率,讨论了中心型和迎风型格式的粘性机理和优劣,比较了各类限制器的压缩性和耗散性.研究表明,各类差分格式对间断和粘性的处理,是提高格式精度和判别格式优劣的关键.采用MUSCL方法插值时,应权衡压缩性和耗散性,合理选择限制器.各类格式通过与MUSCL高阶插值方法相结合,可以有效提高的计算效率和计算精度.