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《西北工业大学》 2002年
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基于自适应直角切割及混合网格的Euler/N-S方程数值模拟

桑为民  
【摘要】: 本文针对现代飞行器设计中对实用、高效、准确的气动力分析工具的迫切需求,基于叉树数据结构,发展了一种自适应直角切割网格方法,采用混合网格技术,实现了对流场Euler和Navier-Stokes方程的计算求解,进一步完成了复杂增升装置绕流和外挂物分离投放非定常流场的数值模拟。本文的工作主要体现在以下几个方面: 1.采用物面切割,基于叉树数据结构,发展了一种普遍适用于二维和三维外形的直角切割网格生成方法;构造两步射线求交算法,删除外形内的固体网格,以及小网格合并算法,确保网格质量和流场计算的稳定性;运用对任意网格的切割细分算法,实现了针对几何外形的自适应网格加密,使得网格生成更具普适性和灵活性。 2.利用叉树数据结构,实现并加速了网格生成中数据的搜索和查找;发展并提出了全叉树和各向异性,使得网格的自适应加密可以根据需要在多个方向上任意的选择;构造点、线、面和网格的四级数据管理模式,改善和方便了数据的有效组织和管理。 3.基于结构/非结构混合网格方法,利用三角形非结构网格、结构化网格和直角切割网格的各自特点和优势,生成了适用于Navier-Stokes方程求解的计算网格,拓展了直角切割网格在复杂流场数值模拟中的适用范围。 4.使用Jameson中心有限体积法和Runge-Kutta时间推进方法,求解了关于二维、三维复杂流场的Euler、Navier-Stokes方程,采用了当地时间步长、隐式残值光顺等多种加速收敛方法。结合网格加密,实现了针对流场的自适应算法,改善了空间网格的分布,使得数值计算的分辨率、模拟效果有了明显提高。 5.研究外挂物分离投放Euler方程数值模拟,提出了基于直角切割网格的动态网格生成技术,对外挂物的刚体运动控制方程进行了求解,计算了投放前的机翼带外挂的定常流场,投放开始后的非定常流场及外挂物上的瞬时非定常气动力、外挂物投放轨迹,为精确获得这一复杂非定常问题的数值解, 摘要 提供了一种理论上严格的、新的思路和方法。 6.对于二维多段翼型绕流,利用混合网格完成了Navier一StokeS方程的数 值模拟。采用基于自适应直角切割网格的分区面搭接方法,结合隐式双时间 推进算法,实现了三维复杂增升装置绕流的Euler方程数值计算,发展了对 存在不连续面的高升力系统外形进行流场计算的一种方便、实用、高效的三 维增升装置绕流计算方法。 7.运用上述研究成果和结论,进行了大量算例的实验验证,外形范围包 括多种标模与型号,涉及多段翼型、M6机翼、细长体模型、翼身组合体、 两段机翼增升标模、带缝翼和襟翼的三段增升翼身组合体等复杂外形,计算 结果均与实验吻合良好,充分说明了本文发展的各种算法、流场求解、网格 生成方法的正确性和鲁棒性。 本文基于直角切割网格,通过发展、整合、完善相关的各种技术和算法, 涉及包括自适应技术、Euler和Navie卜StokeS方程计算求解、混合网格生成 技术等等,形成了一种可用于飞行器复杂外形的定常、非定常以及无粘流、 粘流流场的实用、准确、高效的气动力分析方法。
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:V211.4

【引证文献】
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2 李现今;郑洪伟;杨国伟;;柱体绕流的自适应数值模拟方法[J];科学技术与工程;2012年14期
3 王俊杰;高正红;;基于复合叉树的自适应笛卡尔网格应用研究[J];应用力学学报;2006年04期
4 李现今;杨国伟;;Cartesian网格结合无网格法处理的二维柱体绕流及动边界问题数值模拟[J];振动与冲击;2013年08期
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1 刘剑明;可压缩流体计算中的浸入边界方法及其应用[D];南京航空航天大学;2010年
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2 李杰;Navier-Stokes方程数值模拟及湍流模型研究[D];西北工业大学;2006年
3 李广宁;三维N-S方程数值求解及S-A湍流模型应用研究[D];西北工业大学;2006年
4 刘正宾;两段翼型子翼非定常振荡N-S方程数值模拟[D];西北工业大学;2006年
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【参考文献】
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4 桑为民,鄂秦,李凤蔚;非结构网格多段翼型绕流Euler及N-S方程数值模拟[J];西北工业大学学报;2001年03期
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
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【共引文献】
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7 徐国英,姚新民,郭齐胜;两栖车辆的有效干舷问题研究[J];兵工学报;2004年04期
8 王玉芳;杨树兴;;旋转状态下姿态控制发动机喷流流场的数值模拟[J];兵工学报;2006年05期
9 胡云安;左斌;李静;;基于退火递归神经网络的极值搜索优化算法求解一类碟式飞行器平衡状态[J];兵工学报;2008年03期
10 汪小娜;尚安利;王向军;;二阶滑模控制算法在滑翔增程弹中的应用研究[J];兵工学报;2010年01期
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1 董志勇;邹晓喜;;大口径火炮对海射击弹着点检测激波定位模型[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
2 魏德洲;高淑玲;刘文刚;;矿石旋流分选技术研究进展[A];2009中国选矿技术高峰论坛暨设备展示会论文[C];2009年
3 谢素明;李晓峰;兆文忠;李娅娜;;CAE建模与工程验证[A];首届中国CAE工程分析技术年会暨2005全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2005年
4 杨炳渊;史哓鸣;梁强;;高超声速有翼导弹多场耦合动力学的研究和进展[A];第十届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2007年
5 潘沙;丁国昊;王文龙;刘枫;李桦;;一维激波管问题差分格式计算对比分析[A];第十三届全国激波与激波管学术会议论文集[C];2008年
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7 刘凯礼;李博;雷雨冰;张堃元;;宽高比对二元高超声速进气道性能的影响研究[A];第一届高超声速科技学术会议论文集[C];2008年
8 胡海洋;季辰;刘子强;白鹏;;大展弦比机翼亚声速静气动弹性数值计算研究[A];第十一届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2009年
9 黄建栋;吴颂平;;矢量喷流对无尾三角翼飞机气动特性的影响[A];北京力学会第13届学术年会论文集[C];2007年
10 刘明;;导弹飞行过程动力学仿真[A];北京力学会第14届学术年会论文集[C];2008年
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1 王忠义;船用燃气轮机排气引射装置性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 高晓阳;甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究[D];甘肃农业大学;2010年
3 张波;重载组合列车牵引及制动系统的试验与仿真研究[D];中国铁道科学研究院;2009年
4 欧礼坚;船舶螺旋桨及推进装置故障诊断关键技术研究与应用[D];华南理工大学;2010年
5 付强;1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究[D];江苏大学;2010年
6 刘砚菊;新型旋气吹弧式SF_6断路器喷口及开断能力研究[D];沈阳工业大学;2011年
7 韩书谟;1100kV GIS中SF6断路器关键技术研究[D];沈阳工业大学;2010年
8 闫铂;反应扩散方程的格子Boltzmann方法及数值模拟[D];吉林大学;2011年
9 张建影;用于复Ginzburg-Landau方程的格子Boltzmann方法[D];吉林大学;2011年
10 毕胜;变结构飞行器的多刚体建模和姿态控制[D];中国科学技术大学;2010年
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1 苏超;变压吸附管道流体动力学特性研究[D];山东科技大学;2010年
2 李连举;轴流式通风机气动噪声分布特性的数值研究[D];山东科技大学;2010年
3 韩芳明;船用换热式惯性滤清器物理场耦合计算[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 罗富强;扁管管壳式换热器数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 魏国亮;多级压气机三维流场数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 李铁军;多级除尘器气动性能分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 唐美玲;单级离心式压缩机内部流场分析与结构优化[D];辽宁工程技术大学;2009年
8 邹长星;XYZ-100型稀油站管路流场数值模拟[D];沈阳理工大学;2010年
9 李勇;大型空冷汽轮发电机多物理场计算与分析[D];哈尔滨理工大学;2010年
10 徐洪涛;螺旋管道内的流动阻力和传热性能研究[D];华东理工大学;2011年
【同被引文献】
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1 王永虎;石秀华;;入水冲击问题研究的现状与进展[J];爆炸与冲击;2008年03期
2 刘理,刘士光,李天匀,马廷淮;大型船舶机舱结构冲击响应的数值模拟[J];船舶工程;1999年02期
3 陈占晖;卢永锦;;高速运动物体砰击水面后的动力学特性研究[J];船舶工程;2009年03期
4 张军,张志荣,洪方文,赵峰;楔形体入水初期流场的数值模拟[J];船舶力学;2003年04期
5 高岚虹,叶家玮;船舶纵向重力式下水的预测模型[J];船舶;2000年02期
6 M. S. Seif,S. M. Mousaviraad ,S. H. Saddathosseini;A Numerical Study on the Asymmetric Water Entry of A Wedge Section[J];China Ocean Engineering;2004年04期
7 李强;石秀华;曹银萍;;鱼雷头部形状对入水影响的数值模拟研究[J];弹箭与制导学报;2009年04期
8 钱勤,黄玉盈,王石刚,刘志宏,赵宇征,朱达善;任意的拉格朗日欧拉边界元-有限元混合法分析物体撞水响应[J];固体力学学报;1994年01期
9 钱勤,黄玉盈,乐东义;时域边界元法分析撞水响应[J];固体力学学报;1996年01期
10 朱克强;船体结构的线性水弹性分析[J];华东船舶工业学院学报;2000年04期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 苏波;袁行飞;聂国隽;钱若军;;流固耦合理论研究述评(3)-流固耦合问题求解策略[A];第七届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2007年
2 陈进于;钱若军;;流固耦合问题的数值分析[A];庆祝刘锡良教授八十华诞暨第八届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2008年
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1 郭正;包含运动边界的多体非定常流场数值模拟方法研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
2 肖志祥;复杂流动Navier-Stokes方程数值模拟及湍流模型应用研究[D];西北工业大学;2003年
3 梁强;复杂流场的非定常气动力计算以及气动弹性研究[D];西北工业大学;2003年
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5 张光发;导管架下水运动三维数值模拟研究[D];大连理工大学;2007年
6 王永健;Arbitrary Lagrangian-Eulerian方法及其关键技术研究[D];南京航空航天大学;2008年
7 陈思;计算力学中高精度无网格法基础理论研究[D];上海交通大学;2007年
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1 梁强;非定常气动力的N-S方程解及其应用[D];西北工业大学;2001年
2 赵书廷;直角切割网格生成技术及在CFD中的应用研究[D];西北工业大学;2003年
3 叶军科;基于拟压缩方法的二维低速流动数值模拟[D];西北工业大学;2004年
4 蒋胜矩;基于N-S方程的大迎角分离流及翼型结冰数值模拟[D];西北工业大学;2004年
5 杨青;超临界翼型、机翼的定常和非定常流场数值模拟[D];西北工业大学;2004年
6 魏莉洁;159000t油轮纵向船台下水试验研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
7 龚建松;船舶纵向重力式下水计算[D];哈尔滨工程大学;2004年
8 王玉峰;基于笛卡尔网格的非定常气动力计算[D];西北工业大学;2005年
9 黄守智;基于动态变形网格的非定常粘性流动数值分析[D];西北工业大学;2005年
10 王俊杰;基于Euler方程的三维自适应笛卡尔网格在复杂外形上的应用研究[D];西北工业大学;2005年
【二级引证文献】
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1 许晓平;朱军;白俊强;;多重网格法在混合网格中的应用[J];航空计算技术;2007年01期
2 付炜嘉;桑为民;雷熙微;;结冰对翼型及翼身组合体气动特性影响研究[J];航空计算技术;2011年01期
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1 刘剑明;可压缩流体计算中的浸入边界方法及其应用[D];南京航空航天大学;2010年
2 卢奭瑄;风力发电机组动力模型及循环变桨控制策略研究[D];沈阳工业大学;2012年
3 袁友伟;自适应非结构化网格生成及优化技术研究[D];武汉理工大学;2007年
4 龙艳丽;高负荷氦气压气机气动设计及性能研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
5 廖庚华;长耳鸮翅膀气动与声学特性及其仿生应用研究[D];吉林大学;2013年
6 孙志国;飞机结冰数值计算与冰风洞部件设计研究[D];南京航空航天大学;2012年
7 何春涛;典型运动体入水过程多相流动特性研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
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1 包常利;多重网格方法在风轮机流场数值模拟中的应用及研究[D];沈阳工业大学;2011年
2 许斌杰;半开式复合叶轮多级离心泵设计与性能预测方法研究[D];浙江大学;2011年
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10 刘翔;飞机水上迫降的运动特性分析和讨论[D];武汉理工大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
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【相似文献】
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2 黎军;秦燕华;白涛;于哲慧;李岩;;采用智能材料的变弯扭机翼实验研究[J];空气动力学学报;2009年05期
3 孙潮义;t叉树和有序树的几个计数问题[J];系统科学与数学;1987年01期
4 唐开山;基于K叉树的优先队列[J];系统工程理论与实践;1999年07期
5 桑为民,李凤蔚;一种非结构结构多层混合网格方法及其应用[J];计算物理;2004年04期
6 黄江涛;高正红;赵轲;;多段翼型低速流场与气动特性数值计算研究[J];飞行力学;2009年06期
7 张斌;詹浩;朱军;;飞机增升装置的数值模拟研究[J];航空工程进展;2011年01期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 桑为民;李凤蔚;鄂秦;;基于直角切割的全叉树自适应混合网格技术研究[A];计算流体力学研究进展——第十一届全国计算流体力学会议论文集[C];2002年
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3 陈晓东;张玉伦;王运涛;徐庆新;;增升装置流场和气动力数值计算[A];计算流体力学研究进展——第十二届全国计算流体力学会议论文集[C];2004年
4 陈海昕;李凤蔚;李杰;沈孟育;;民机增升装置绕流数值模拟[A];计算流体力学研究进展——第十一届全国计算流体力学会议论文集[C];2002年
5 付大卫;雷武涛;韩先锂;;超临界机翼设计软件集成系统[A];全国低跨超声速空气动力学文集(第二卷)[C];2003年
6 王开春;朱国林;孙俊峰;;运输机增升装置气动特性数值计算[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年
7 邓有奇;周乃春;郑鸣;吴晓军;张耀冰;;客/货运输机绕流流场混合网格数值计算研究[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年
8 陈晓东;张玉伦;王运涛;王开春;徐庆新;郑鸣;;运输机相关气动问题的数值计算技术研究[A];首届全国航空航天领域中的力学问题学术研讨会论文集(上册)[C];2004年
9 张攀峰;燕波;戴晨峰;王晋军;;垂直射流等离子体Gurney襟翼数值模拟研究[A];北京力学会第17届学术年会论文集[C];2011年
10 白鹏;马汉东;周伟江;;CFD在大飞机设计中的工程化应用[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年
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1 原 清;飞机为什么能飞[N];大众科技报;2003年
2 本报记者 索佩敏;昌盛公司公布自主设计方案[N];上海证券报;2008年
3 杭晓宁;ARJ21—机遇与挑战并存[N];中国航空报;2002年
4 李广义;大型运输机在抗震救灾中发挥重大作用[N];中国航空报;2008年
5 ;飞机飞行的各个阶段[N];中国民航报;2010年
6 柯继;科研是航空工业发展的基础和动力[N];中国航空报;2001年
7 冯智海 金海燕;托起飞机翼之翼[N];中国航空报;2011年
8 本报通讯员 王莉芳;航空劲旅飞跃蔚蓝[N];中国航空报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 桑为民;基于自适应直角切割及混合网格的Euler/N-S方程数值模拟[D];西北工业大学;2002年
2 张宇飞;基于先进CFD方法的民用客机气动优化设计[D];清华大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵书廷;直角切割网格生成技术及在CFD中的应用研究[D];西北工业大学;2003年
2 刘明;支线客机增升装置气动分析与优化设计[D];南京航空航天大学;2012年
3 蔡锦阳;基于控制理论的多段翼型优化设计及增升装置成型技术[D];复旦大学;2011年
4 刘志仁;二维多段翼型缝翼缝道参数对远场噪声的影响分析[D];上海交通大学;2011年
5 李高华;翼型高低速性能优化及其对增升装置设计影响研究[D];上海交通大学;2011年
6 蒯乐;后缘无缝襟翼与前缘缝翼的一体化优化设计[D];上海交通大学;2011年
7 张弓;多段翼型缝道流动的相似准则研究[D];西北工业大学;2007年
8 常兴华;基于动态混合网格的非定常计算方法及生物外流数值模拟研究[D];中国空气动力研究与发展中心;2007年
9 郑云;自适应机翼构型的选择方法研究[D];西北工业大学;2007年
10 苏剑;复杂气动问题的面元法计算及工程化[D];西北工业大学;2007年
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