飛行器非定常氣動計算與優(yōu)化技術

目錄
第1章　緒論　1
1.1　飛行器非定常空氣動力問題　1
1.1.1　飛行器氣動彈性動力學問題　1
1.1.2　戰(zhàn)機大迎角機動飛行　1
1.1.3　多體分離非定?？諝鈩恿栴}　2
1.1.4　旋翼/螺旋槳等非定?？諝鈩恿栴}　2
1.1.5　仿生撲翼非定?？諝鈩恿W　3
1.2　計算空氣動力學概述　4
1.2.1　計算空氣動力學的概念和作用　4
1.2.2　計算空氣動力學方法概述　5
1.2.3　計算空氣動力學網(wǎng)格技術概述　9
1.3　非定常空氣動力設計優(yōu)化技術及發(fā)展　13
1.4　本書主要內容　16
參考文獻　17
第2章　非定?？蓧嚎s空氣動力有限體積數(shù)值解法　22
2.1　非定?？諝鈩恿刂品匠獭?2
2.1.1　非定常NS方程　22
2.1.2　控制方程無量綱化　23
2.1.3　幾何守恒定律　25
2.2　雙時間步推進與偽時間導數(shù)預處理　26
2.3　控制方程離散　27
2.3.1　有限體積法空間離散　27
2.3.2　時間離散　28
2.4　對流通量計算　29
2.5　梯度重構　30
2.5.1　格林高斯法　30
2.5.2　最小二乘法　31
2.5.3　限制器　32
2.6　黏性通量　33
2.7　顯式格式迭代求解　33
2.8　隱式格式迭代求解　34
2.8.1　離散方程線性化處理　34
2.8.2　雅可比矩陣　35
2.8.3　線性方程組求解　37
2.9　邊界條件及邊界通量雅可比矩陣　39
2.9.1　物面邊界　39
2.9.2　對稱面邊界　41
2.9.3　其他邊界條件　42
2.10　湍流模型　44
2.10.1　Spalart-Allmaras湍流模型　45
2.10.2　k-ω SST湍流模型　47
2.11　氣動力計算　49
2.12　非定常流場并行求解　50
2.12.1　分布式并行計算策略　50
2.12.2　非結構并行求解器構建　51
參考文獻　54
第3章　非定常不可壓空氣動力有限體積數(shù)值解法　58
3.1　不可壓流控制方程　58
3.1.1　微分形式方程　58
3.1.2　無量綱化　59
3.1.3　虛擬壓縮法與雙時間步　60
3.1.4　積分形式方程　61
3.1.5　幾何守恒定律　61
3.2　流體控制方程離散求解　62
3.2.1　方程離散　62
3.2.2　對流通量　62
3.2.3　隱式格式迭代求解　64
3.3　邊界條件　67
3.3.1　物面邊界　67
3.3.2　對稱面邊界　69
3.3.3　基于特征變量的入流出流邊界條件　69
參考文獻　72
第4章　非結構動態(tài)網(wǎng)格變形方法　74
4.1　網(wǎng)格整體剛體運動　75
4.2　彈簧模型網(wǎng)格變形　77
4.3　線彈性體模型網(wǎng)格變形　77
4.3.1　控制方程　78
4.3.2　方程離散　79
4.3.3　線性化處理　79
4.4　徑向基函數(shù)網(wǎng)格變形方法　80
4.4.1　RBF基本原理　81
4.4.2　減小計算量的貪婪算法　83
4.5　Delaunay圖映射網(wǎng)格變形方法　85
4.5.1　Delaunay圖映射網(wǎng)格變形基本原理　86
4.5.2　改進Delaunay圖映射方法　87
4.5.3　原方法與改進方法生成動網(wǎng)格的質量和效率的比較　90
4.6　組合網(wǎng)格變形方法　92
4.6.1　SPR-DGM　92
4.6.2　RBF-DGM　96
參考文獻　98
第5章　非結構動態(tài)嵌套網(wǎng)格技術　100
5.1　網(wǎng)格生成與分層管理　101
5.2　嵌套網(wǎng)格隱式“挖洞”　102
5.3　宿主單元搜索算法　105
5.3.1　逆映射方法　105
5.3.2　蛇行搜索法　107
5.3.3　交替數(shù)字樹（ADT）方法　107
5.3.4　幾種宿主單元搜索算法的比較　111
5.4　嵌套邊界優(yōu)化　112
5.5　網(wǎng)格間的插值　115
5.6　嵌套網(wǎng)格并行裝配數(shù)據(jù)通信策略　115
5.7　物面距計算　117
5.7.1　常用物面距計算方法　117
5.7.2　物面距陣面推進并行計算方法　118
5.8　可變形動態(tài)嵌套網(wǎng)格方法　126
5.9　動態(tài)嵌套網(wǎng)格的幾個示例　128
參考文獻　130
第6章　飛行器非定常空氣動力數(shù)值仿真應用　133
6.1　飛行器多體分離問題　133
6.1.1　機翼掛架外掛物模型　134
6.1.2　復雜構型戰(zhàn)機外掛武器投放　136
6.1.3　高速無人機內埋武器分離　138
6.1.4　二級入軌飛行器級間分離　143
6.2　直升機旋翼機身氣動干擾問題　150
6.2.1　GIT旋翼機身模型　151
6.2.2　ROBIN模型　154
6.2.3　高速直升機構型　155
6.3　撲翼非定?？諝鈩恿W研究　159
6.3.1　柔性撲翼推力機制研究　160
6.3.2　蜻蜓撲翼非定?？諝鈩恿C制　162
6.3.3　仿生撲翼飛行器非定常氣動特性　171
6.4　飛行器拖曳系統(tǒng)　173
6.4.1　CFD-MBD耦合數(shù)值建模方法　174
6.4.2　空中加油軟管錐套平衡位置計算　183
6.4.3　無人機空中回收過程　188
6.5　其他應用　192
6.5.1　起落架/艙門收放過程　192
6.5.2　螺旋槳/機翼氣動干擾　194
6.5.3　自旋尾翼導彈　197
參考文獻　199
第7章　非定常離散伴隨敏感性導數(shù)求解方法　202
7.1　時均目標函數(shù)　202
7.2　敏感性導數(shù)離散伴隨計算式推導　205
7.3　流場離散伴隨方程求解　210
7.4　網(wǎng)格離散伴隨方程求解　214
7.4.1　靜態(tài)網(wǎng)格　215
7.4.2　剛體運動網(wǎng)格　216
7.4.3　變形網(wǎng)格　217
7.5　離散伴隨方程逆向積分求解策略　218
7.5.1　全局時間逆向求解法　218
7.5.2　局部時間逆向求解法　220
7.6　敏感性導數(shù)計算驗證　226
7.6.1　NACA0012翼型定常無黏跨聲速繞流　226
7.6.2　RAE2822翼型定常黏性跨聲速繞流　227
7.6.3　NACA64A010翼型非定常湍流強迫俯仰運動　229
參考文獻　232
第8章　基于伴隨誤差分析的網(wǎng)格自適應加密技術　235
8.1　流體控制方程及求解　237
8.2　伴隨誤差分析　238
8.2.1　目標函數(shù)　238
8.2.2　伴隨方程的建立與求解　238
8.2.3　伴隨誤差修正　239
8.2.4　誤差估計　240
8.3　直角網(wǎng)格自適應策略　241
8.3.1　初始直角網(wǎng)格生成　241
8.3.2　基于流場特征的網(wǎng)格自適應　247
8.3.3　基于伴隨的網(wǎng)格自適應　248
8.4　離散伴隨網(wǎng)格自適應在超聲速聲爆預測上的應用　250
8.4.1　超聲速民機聲爆預測問題　250
8.4.2　典型算例驗證　251
8.4.3　發(fā)動機短艙布局對聲爆強度的影響研究　259
8.5　本章小結　268
參考文獻　269
第9章　基于非定常離散伴隨的氣動外形優(yōu)化　273
9.1　離散伴隨氣動外形優(yōu)化設計框架　273
9.2　參數(shù)化建?！?74
9.2.1　自由變形法（FFD）　274
9.2.2　類形函數(shù)變換法（CST）　280
9.3　基于梯度的優(yōu)化算法　288
9.3.1　常見的基于梯度的無約束優(yōu)化算法　288
9.3.2　序列二次規(guī)劃算法　289
9.4　離散伴隨外形優(yōu)化設計示例　292
9.4.1　翼型跨聲速減阻設計　292
9.4.2　翼型大攻角分離流動減阻設計　294
9.4.3　升沉俯仰翼型推進系數(shù)優(yōu)化設計　297
9.4.4　機翼強迫俯仰運動減阻設計　300
參考文獻　304