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《南京航空航天大学》 2006年
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复杂组合体跨音速非定常气动力和颤振计算

郭同庆  
【摘要】: 本文基于非定常Euler/N-S方程,对复杂组合体非定常气动力计算方法和跨音速颤振特性分析计算方法进行研究。 采用块结构网格。在合理网格拓扑结构设计基础上,代数法和椭圆型方程优化法生成各区域边界网格,二维半方法实现复杂组合体空间网格生成。采用基于扰动衰减规律的弹性变形技术快速地生成动态网格,提出一种限制器技术保证物面附近动态网格不相交错。多种构型块结构网格生成实例表明,本文发展出的复杂组合体静、动态块结构网格生成技术实用高效。 有限体积法、双时间推进法求解非定常Euler/N-S方程。基于雷诺平均N-S方程模拟紊流,分别选用了BL代数模型、SA一方程模型和SST两方程模型等三个紊流模型。物面函数方法模拟近物面区域流动,减少了物面附近所需网格数。采用DES模型可以对非定常大分离流进行数值模拟。发展出一种便捷有效的再分区方法用于不连续对接面上守恒量插值,可以较好的模拟机翼操纵面偏转的定常、非定常流动。合理运用各种提高数值解精度的方法和加速收敛措施,发展出非定常Euler/N-S方程高效求解的综合方法。 采用面样条方法实现模态插值。通过结构运动方程和气动方程的量纲分析,解决了计算模型和实物、结构运动方程和气动方程之间的量纲与求解精度的匹配问题。在时域内耦合高效求解非定常Euler/N-S方程和结构运动方程,发展出时域内静、动气动弹性一体化分析方法,建立起飞行器给定飞行高度和飞行马赫数下的时域颤振计算方法。 针对可压流颤振计算中存在的质量不相似问题,提出了跨音速颤振特性变质量、变刚度分析计算方法,用于计算质量匹配点处的颤振速压,并根据颤振速压随质量倍数和刚度倍数的变化趋势,得出可用的飞行器跨音速颤振速压。首次提出了刚度余量的理念,为可压流中颤振余量的定量分析提供了新的手段。 在给定飞行高度和飞行马赫数下时域法颤振计算的基础上,结合跨音速颤振特性变刚度分析计算,建立起复杂组合体不同马赫数下全空域范围内的完整的颤振特性分析计算方法。构建出较为完善的复杂组合体亚、跨、超音速颤振特性分析计算软件平台,并成功应用于多个复杂组合体的颤振特性分析计算。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:V211.3

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