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超音速翼型操纵面偏转时激波诱导分离的数值模拟

作　者: 朱继锋
导　师: 李栋
学　校: 西北工业大学
专　业: 流体力学
关键词: 激波-边界层干扰 迎风格式 MUSCL插值 湍流模型 边界层分离 襟翼操纵效率
分类号: V211.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


超音速客机巡航时，舵面偏转会产生铰链附近的激波诱导分离现象，由于分离流动会降低舵面效率，因此该现象在超音速客机设计中有重要的研究价值。本文通过CFD数值方法，研究了超音速时翼型的激波-边界层干扰现象，其中主要开展了以下几个方面的工作： 1、从差分格式及其耗散模型的构造原理出发，系统研究了空间离散格式(中心和迎风差分格式)的构造特点和数值性能。研究了高阶插值函数MUSCL插值的构造特点及其处理极值、抑制振荡的原理，分析了MUSCL插值中两种常见通量限制器的数学性质。 2、对比研究了S-A，B-L两种湍流模型。基于两种湍流模型，通过对二维跨音速翼型绕流进行数值模拟，对高分辨率、稳定的FDS-Roe格式进行了验证。从而确定了本文研究的计算方法：使用FDS-Roe格式离散N-S方程，结合稳定性好的限制器采用MUSCL插值获取二阶精度，在湍流计算中最终使用S-A模型。 3、综述了激波—边界层干扰现象的研究工作。采用CFD方法对超音速二维菱形翼型的激波—边界层干扰流场进行了数值模拟，通过对数值计算的结果与理论解的比较与分析，分析了激波—边界层干扰诱导边界层分离现象，以及不同舵偏时；分离导致俯仰变化的规律。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-11
  §1.1 研究背景  7-9
  §1.2 本文的主要工作  9-11
第二章 基本控制方程和离散方法  11-17
  §2.1 笛卡尔坐标系下的N-S方程  11-12
  §2.2 一般坐标系下的N-S方程  12-15
  §2.3 积分守恒型N-S方程及其离散形式  15-17
第三章 N-S方程的数值离散格式  17-34
  §3.1 空间离散格式  17-26
    §3.1.1 中心差分格式  19-20
    §3.1.2 迎风差分格式  20-26
      §3.1.2.1 矢通量分裂格式—FVS  20-23
      §3.1.2.2 通量差分分裂格式—FDS  23-26
  §3.2 高阶插值方法  26-29
    §3.2.1 MUSCL插值方法  27-28
    §3.2.2 通量限制器  28-29
  §3.3 时间离散  29-32
    §3.3.1 显式时间离散—Runge-Kutta方法  30-32
    §3.3.2 隐式时间离散  32
  §3.4 本章小结  32-34
第四章 湍流模型  34-41
  §4.1 代数模型Baldwin-Lomax模型  34-37
  §4.2 一方程湍流模型—S-A模型  37-41
    §4.2.1 Spalart-Allmaras湍流模型  37-38
    §4.2.2 求解S-A方程  38-41
第五章 FDS-Roe格式的数值验证  41-51
  §5.1 稳定计算格式的基本特点—激波稳定  41
  §5.2 迎风格式的数值验证—欧拉方程的数值分析  41-43
    §5.2.1 中心格式和迎风格式的比较分析  42
    §5.2.2 一阶插值和二阶插值的比较分析  42-43
    §5.2.3 有无通量限制器的比较分析  43
  §5.3 FDS-Roe格式的数值验证(采用不同湍流模型)—本文研究使用的方法  43-51
第六章 超音速翼型舵偏时激波诱导分离初步研究  51-75
  §6.1 研究背景  51-56
    §6.1.1 激波与边界层干扰的理论研究  51-52
    §6.1.2 定常激波—边界层干扰的典型类型  52-54
    §6.1.3 非定常激波—边界层干扰  54-55
    §6.1.4 激波与边界层干扰的数值模拟  55-56
  §6.2 本文的主要研究对象  56-57
  §6.3 超音速翼型舵偏时激波诱导分离研究  57-75
    §6.3.1 计算模型  57
    §6.3.2 数值方法及计算网格  57-58
    §6.3.3 计算结果及流场分析  58-59
    §6.3.4 分析与结论  59-75
第七章 结论  75-77
  §7.1 本文工作总结  75-76
  §7.2 今后工作的设想  76-77
参考文献  77-80
致谢  80-81
攻读硕士研究生期间发表论文  81-82

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 基础理论及试验 > 空气动力学 > 飞机空气动力学
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