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双三角翼非定常分离流动的数值模拟研究

陈亮中  
【摘要】: 先进战斗机要求在大攻角时具有过失速机动飞行性能,其中向上快速拉升和俯仰运动是实现战术机动的两个典型动作。为了协调不同速度范围对机翼平面形状的需求,现代战斗机设计通常采用三角翼/双三角翼或者类似外形的机翼布局。因此,开展对三角翼/双三角翼静止时的大攻角分离流场和俯仰运动时的动态流场中非线性特性的研究、深入认识分离流场及其动态特性、全面掌握大攻角下的各种非定常流动现象及其产生机理是实现超机动飞行所必须的。 本文的研究目的是发展适用于双三角翼大攻角非定常分离流场模拟的数值方法,围绕某一战斗机的两个简化外形,开展双三角翼静态时的流场特性随攻角的变化规律、快速拉升及俯仰振荡时的动态流场特性以及不同运动参数对动态流场结构及气动特性的影响规律等内容研究;围绕低速流动,开展了数值模拟方法的研究,发展了微可压缩模型,扩大了该模型的应用范围。 全文共八章,各章主要内容概述如下: 第一章简述了开展本文研究工作的意义;综述了对三角翼/双三角翼大攻角非定常分离流场和俯仰动态流场研究的现状和进展情况;简要地介绍了本文完成的主要工作。 第二章系统地介绍本文中采用的数值方法,包括:控制方程、边界条件、空间离散格式、方程组求解、湍流模型、动网格生成技术、多重网格算法、并行计算和非定常气动力系数积分等几个内容。 第三章通过对几个拥有丰富实验数据或理论结果的流场进行数值模拟研究,考核了基于第二章中的数值方法而开发的计算程序的空间计算精度和时间计算精度,重点考察了计算程序对三角翼和椭球等外形在大攻角下的非定常湍流分离流动的模拟精度。 第四章数值研究了静态双三角翼在不同攻角下的流场特性,分析了背风区流场中分离涡系的空间分布特点和不同涡系之间的相互作用;给出了流场特性和气动力特性随攻角的变化规律;确定了不同流态存在的攻角区间;比较和分析了两个不同前翼平面形状的双三角翼流场结构和气动力性能的差异。 第五章数值研究了双三角翼向上快速拉升时的动态流场特性,给出了动态流场结构和气动力性能随攻角的变化规律;重点研究了减缩频率、起始攻角和转轴位置等运动参数对动态流场特性的影响,并初步分析了这些运动参数对动态流场施加影响的物理机制;比较和分析了两个不同前翼平面形状的双三角翼动态气动力性能的差异。 第六章数值研究了双三角翼俯仰振荡时的动态流场特性,给出了动态流场结构和气动力性能随攻角的变化规律;重点研究了减缩频率、转轴位置、平均攻角和振幅等参数对动态流场迟滞效应和气动力曲线迟滞环的影响;比较和分析了两个不同前翼平面形状的双三角翼动态气动力性能的差异。 第七章开展了对微可压缩模型的研究,深入分析了几种方程处理形式的优缺点;在原始SCM模型的基础上将求解压力变量本身改为求解压力改变量,降低了计算机截断误差的影响;并引入多重网格算法和并行计算技术,实现了计算过程的加速;初步地将SCM模型应用于大攻角分离流场的数值模拟研究。 第八章是结束语,总结了全文的工作,并对今后的研究方向提出了一些想法。 最后是本文的致谢和参考文献。


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