基于N-S方程的飛行器氣動(dòng)力氣動(dòng)熱數(shù)值研究.pdf

1、現(xiàn)代飛行器設(shè)計(jì)迫切需要CFD為其提供準(zhǔn)確、高效和實(shí)用的氣動(dòng)數(shù)據(jù)以及流場(chǎng)分析工具以減少對(duì)實(shí)驗(yàn)的依賴(lài)。高超聲速、跨聲速狀態(tài)涉及到復(fù)雜的激波干擾、粘性效應(yīng)、分離流動(dòng)以及氣熱耦合效應(yīng)等問(wèn)題，本文的目的是在充分考慮這些復(fù)雜流動(dòng)問(wèn)題的內(nèi)部機(jī)理前提下，將這些流動(dòng)現(xiàn)象的物理機(jī)理融入到CFD程序設(shè)計(jì)、CFD數(shù)值計(jì)算中，從而得到準(zhǔn)確、高效的CFD計(jì)算結(jié)果。
　　本文的主要研究工作有：
　　（1）綜述現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外CFD計(jì)算格式、CFD計(jì)算軟件發(fā)展

2、情況以及氣動(dòng)加熱數(shù)值方法的研究進(jìn)展。
　?。?）運(yùn)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(yàn)證，同時(shí)針對(duì)網(wǎng)格拓?fù)鋭澐旨记膳c網(wǎng)格質(zhì)量?jī)?yōu)化進(jìn)行探討，設(shè)計(jì)ICEM輸出至求解器的接口程序。
　　（3）研究和發(fā)展一套基于結(jié)構(gòu)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(shí)間推進(jìn)，并在求解器中整合當(dāng)?shù)貢r(shí)間步長(zhǎng)、多重網(wǎng)格技術(shù)、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(jì)算了跨聲速下NACA0012翼型繞流、跨聲速下ONERA M6機(jī)翼的流動(dòng)，從流場(chǎng)模擬的準(zhǔn)確度、計(jì)算效率和穩(wěn)定性三個(gè)方面比較和分析求解器不同空間離散格式、湍流模型氣動(dòng)力計(jì)算特

4、性，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)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(duì)存在局部分離的流動(dòng)具有較好的性能。
　?。?）數(shù)值計(jì)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(chǎng)、表面熱流密度并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，衡量了不同湍流模型、空間離散格式在氣動(dòng)熱計(jì)算方面的精度和效率，同時(shí)考慮了網(wǎng)格因素對(duì)預(yù)測(cè)熱流密度的影響。結(jié)果表明，Roe格式的熱流計(jì)算精度較高，湍流模型中B-L模型具有較好的性能，多