基于N-S方程的飛行器氣動力氣動熱數(shù)值研究.pdf

1、現(xiàn)代飛行器設計迫切需要CFD為其提供準確、高效和實用的氣動數(shù)據(jù)以及流場分析工具以減少對實驗的依賴。高超聲速、跨聲速狀態(tài)涉及到復雜的激波干擾、粘性效應、分離流動以及氣熱耦合效應等問題，本文的目的是在充分考慮這些復雜流動問題的內(nèi)部機理前提下，將這些流動現(xiàn)象的物理機理融入到CFD程序設計、CFD數(shù)值計算中，從而得到準確、高效的CFD計算結果。
　　本文的主要研究工作有：
　?。?）綜述現(xiàn)階段國內(nèi)外CFD計算格式、CFD計算軟件發(fā)展

2、情況以及氣動加熱數(shù)值方法的研究進展。
　　（2）運用成熟的AnsysICEM CFD商業(yè)軟件生成高質(zhì)量的網(wǎng)格用于算例驗證，同時針對網(wǎng)格拓撲劃分技巧與網(wǎng)格質(zhì)量優(yōu)化進行探討，設計ICEM輸出至求解器的接口程序。
　?。?）研究和發(fā)展一套基于結構網(wǎng)格的有限體積方法數(shù)值求解二\三維 RANS方程求解器，該求解器中包含多種空間離散格式（Jameson中心格式、Van Leer格式、Roe格式和AUSM+格式）和湍流模型（B-L模型、S

3、-A模型、Wilcox k-?模型和Menter’s k-?SST模型）。提供Runge-Kutta顯式和LU-SGS隱式方法時間推進，并在求解器中整合當?shù)貢r間步長、多重網(wǎng)格技術、變系數(shù)隱式殘值光順、偏微分方程求解壁面距離等多種措施以加速收斂。
　?。?）數(shù)值計算了跨聲速下NACA0012翼型繞流、跨聲速下ONERA M6機翼的流動，從流場模擬的準確度、計算效率和穩(wěn)定性三個方面比較和分析求解器不同空間離散格式、湍流模型氣動力計算特

4、性，并與實驗數(shù)據(jù)進行了對比。結果表明，空間離散格式中 AUSM+格式具有較好的性能，湍流模型中S-A模型對存在局部分離的流動具有較好的性能。
　　（5）數(shù)值計算三種狀態(tài)下高超聲速半錐角15°的鈍錐和直二次鈍雙錐的外流場、表面熱流密度并與實驗數(shù)據(jù)進行對比，衡量了不同湍流模型、空間離散格式在氣動熱計算方面的精度和效率，同時考慮了網(wǎng)格因素對預測熱流密度的影響。結果表明，Roe格式的熱流計算精度較高，湍流模型中B-L模型具有較好的性能，多