飛行器非定常氣動(dòng)計(jì)算與優(yōu)化技術(shù)

目錄
第1章　緒論　1
1.1　飛行器非定?？諝鈩?dòng)力問(wèn)題　1
1.1.1　飛行器氣動(dòng)彈性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題　1
1.1.2　戰(zhàn)機(jī)大迎角機(jī)動(dòng)飛行　1
1.1.3　多體分離非定?？諝鈩?dòng)力問(wèn)題　2
1.1.4　旋翼/螺旋槳等非定常空氣動(dòng)力問(wèn)題　2
1.1.5　仿生撲翼非定?？諝鈩?dòng)力學(xué)　3
1.2　計(jì)算空氣動(dòng)力學(xué)概述　4
1.2.1　計(jì)算空氣動(dòng)力學(xué)的概念和作用　4
1.2.2　計(jì)算空氣動(dòng)力學(xué)方法概述　5
1.2.3　計(jì)算空氣動(dòng)力學(xué)網(wǎng)格技術(shù)概述　9
1.3　非定?？諝鈩?dòng)力設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)及發(fā)展　13
1.4　本書主要內(nèi)容　16
參考文獻(xiàn)　17
第2章　非定?？蓧嚎s空氣動(dòng)力有限體積數(shù)值解法　22
2.1　非定?？諝鈩?dòng)力控制方程　22
2.1.1　非定常NS方程　22
2.1.2　控制方程無(wú)量綱化　23
2.1.3　幾何守恒定律　25
2.2　雙時(shí)間步推進(jìn)與偽時(shí)間導(dǎo)數(shù)預(yù)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(shí)間離散　28
2.4　對(duì)流通量計(jì)算　29
2.5　梯度重構(gòu)　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(duì)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(dòng)力計(jì)算　49
2.12　非定常流場(chǎng)并行求解　50
2.12.1　分布式并行計(jì)算策略　50
2.12.2　非結(jié)構(gòu)并行求解器構(gòu)建　51
參考文獻(xiàn)　54
第3章　非定常不可壓空氣動(dòng)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(wú)量綱化　59
3.1.3　虛擬壓縮法與雙時(shí)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(duì)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(duì)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(xiàn)　72
第4章　非結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)網(wǎng)格變形方法　74
4.1　網(wǎng)格整體剛體運(yùn)動(dòng)　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(jì)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(jìn)Delaunay圖映射方法　87
4.5.3　原方法與改進(jìn)方法生成動(dòng)網(wǎng)格的質(zhì)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(xiàn)　98
第5章　非結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)嵌套網(wǎng)格技術(shù)　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(shù)（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(jì)算　117
5.7.1　常用物面距計(jì)算方法　117
5.7.2　物面距陣面推進(jìn)并行計(jì)算方法　118
5.8　可變形動(dòng)態(tài)嵌套網(wǎng)格方法　126
5.9　動(dòng)態(tài)嵌套網(wǎng)格的幾個(gè)示例　128
參考文獻(xiàn)　130
第6章　飛行器非定常空氣動(dòng)力數(shù)值仿真應(yīng)用　133
6.1　飛行器多體分離問(wèn)題　133
6.1.1　機(jī)翼掛架外掛物模型　134
6.1.2　復(fù)雜構(gòu)型戰(zhàn)機(jī)外掛武器投放　136
6.1.3　高速無(wú)人機(jī)內(nèi)埋武器分離　138
6.1.4　二級(jí)入軌飛行器級(jí)間分離　143
6.2　直升機(jī)旋翼機(jī)身氣動(dòng)干擾問(wèn)題　150
6.2.1　GIT旋翼機(jī)身模型　151
6.2.2　ROBIN模型　154
6.2.3　高速直升機(jī)構(gòu)型　155
6.3　撲翼非定?？諝鈩?dòng)力學(xué)研究　159
6.3.1　柔性撲翼推力機(jī)制研究　160
6.3.2　蜻蜓撲翼非定常空氣動(dòng)力機(jī)制　162
6.3.3　仿生撲翼飛行器非定常氣動(dòng)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(jì)算　183
6.4.3　無(wú)人機(jī)空中回收過(guò)程　188
6.5　其他應(yīng)用　192
6.5.1　起落架/艙門收放過(guò)程　192
6.5.2　螺旋槳/機(jī)翼氣動(dòng)干擾　194
6.5.3　自旋尾翼導(dǎo)彈　197
參考文獻(xiàn)　199
第7章　非定常離散伴隨敏感性導(dǎo)數(shù)求解方法　202
7.1　時(shí)均目標(biāo)函數(shù)　202
7.2　敏感性導(dǎo)數(shù)離散伴隨計(jì)算式推導(dǎo)　205
7.3　流場(chǎng)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(yùn)動(dòng)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(shí)間逆向求解法　218
7.5.2　局部時(shí)間逆向求解法　220
7.6　敏感性導(dǎo)數(shù)計(jì)算驗(yàn)證　226
7.6.1　NACA0012翼型定常無(wú)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(qiáng)迫俯仰運(yùn)動(dòng)　229
參考文獻(xiàn)　232
第8章　基于伴隨誤差分析的網(wǎng)格自適應(yīng)加密技術(shù)　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(biāo)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(jì)　240
8.3　直角網(wǎng)格自適應(yīng)策略　241
8.3.1　初始直角網(wǎng)格生成　241
8.3.2　基于流場(chǎng)特征的網(wǎng)格自適應(yīng)　247
8.3.3　基于伴隨的網(wǎng)格自適應(yīng)　248
8.4　離散伴隨網(wǎng)格自適應(yīng)在超聲速聲爆預(yù)測(cè)上的應(yīng)用　250
8.4.1　超聲速民機(jī)聲爆預(yù)測(cè)問(wèn)題　250
8.4.2　典型算例驗(yàn)證　251
8.4.3　發(fā)動(dòng)機(jī)短艙布局對(duì)聲爆強(qiáng)度的影響研究　259
8.5　本章小結(jié)　268
參考文獻(xiàn)　269
第9章　基于非定常離散伴隨的氣動(dòng)外形優(yōu)化　273
9.1　離散伴隨氣動(dòng)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jiàn)的基于梯度的無(wú)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(shè)計(jì)示例　292
9.4.1　翼型跨聲速減阻設(shè)計(jì)　292
9.4.2　翼型大攻角分離流動(dòng)減阻設(shè)計(jì)　294
9.4.3　升沉俯仰翼型推進(jìn)系數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)　297
9.4.4　機(jī)翼強(qiáng)迫俯仰運(yùn)動(dòng)減阻設(shè)計(jì)　300
參考文獻(xiàn)　304