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跨音速脉动压力及RB对流系统非线性特征的预测与分析

龙万花  
【摘要】:论文的工作由两部分组成: 1.跨音速脉动压力预测与分析。脉动压力环境是飞行器结构设计中需要考虑的重要问题,它不但会使飞行器表面出现很大的局部载荷,并产生严重的噪声环境,还可能引起结构响振,造成结构破坏,影响机载仪器的正常工作而导致飞行失败。本部分的研究工作立足于工程设计中结构稳定性分析的需要,在综合比较了研究脉动压力环境的几种方法之后,指出:数值模拟技术与脉动压力的工程预测模型相结合的研究方案具有很好的应用前景和经济价值。随着计算机性能的迅速提高以及计算流体力学的发展,这一技术途径将日益受到重视。遵循这一技术途径,本部分基于质量加权平均的三维N-S方程,应用时间、空间二阶精度的NND格式对跨音速飞行条件下飞行器周围的流场进行了数值模拟,再现了飞行器在上升段飞行时的复杂流动现象,为脉动压力预测模型提供了详细的平均流动参数。基于流场的数值计算结果和实验数据,本部分将现有的工程预测模型加以适当的拓展用以预测分析某旋成体表面的脉动压力环境特征,为飞行器的结构设计提供参考依据。论文选用基于平均流动参数的预测模型分析了旋成体飞行器表面的基本脉动压力环境,得到了与实验数据基本一致的结果。论文最后将上述研究成果转化为预测和分析飞行器表面平均压力及脉动压力环境的一体化软件,供工程设计部门参考使用。 2.直接模拟蒙特卡罗方法(Dsmc)对Rayleizh Bénard(RB)对流系统非线性特征分析。湍流作为一个远离热力学平衡状态的非线性耗散系统,它的发生发展和内部结构与分叉、混沌等有密切联系,按照目前的发展趋势,已经把流体力学中的湍流研究纳入到整个非线性科学这个更高层次的研究领域之中。近年来许多学者通过对Rayleigh Bénard系统一一个简单的非线性系统模型进行大量的实验或者是数值模拟,并进一步对得到的相应数据进行非线性分析,以期得到自然界湍流发生的一般机理。论文在这部分就是本着这样的认识,利用发端于微观分子动力学的Dsmc方法对Rayleigh Bénard对流系统数值模拟,并用非线性分析方法对得到的数据进行分析,得到Rayleigh Bénard对流系统第一次分叉的临界瑞利数,与Rayleigh的线性稳定性理论的临界瑞利数值非常接近;另外通过对较大瑞利数情况下温度信号的功率谱分析还得到通向混沌状态的倍周期分叉路径,并进一步通过温度信号分析了Rayleigh Bénard对流系统的混沌特征,得到的结果作为更深一步分析的基础。


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