發(fā)布時間：2024-03-08 21:53

　　搖滾是現(xiàn)代戰(zhàn)斗機大攻角運動下的常見問題，是一種以大振幅自由滾轉(zhuǎn)為主，同時耦合如俯仰、側(cè)滑、沉浮等自由度的復雜運動，密切關(guān)系到飛行器的作戰(zhàn)效能和飛行包線，是飛行器在選型設計階段就需要重點關(guān)注的動態(tài)穩(wěn)定性問題之一。國內(nèi)外對飛行器大攻角搖滾現(xiàn)象及其蘊含的物理機理極為關(guān)注，開展了大量的研究，但目前仍有大量的問題亟待解決。搖滾現(xiàn)象本質(zhì)上是多自由度耦合的運動，但從國內(nèi)外已發(fā)表的文獻看來，采用單自由度假設的研究占絕大多數(shù)，直接研究多自由度耦合搖滾現(xiàn)象的文獻十分少見。本文針對飛行器的動態(tài)搖滾現(xiàn)象，通過耦合求解N-S方程組和歐拉剛體動力學方程組，數(shù)值模擬飛行器不同自由度耦合條件下的非定常搖滾運動過程，研究大攻角搖滾特性及非定常復雜流動機理。 首先，耦合求解流體運動方程組和飛行器剛體動力學方程組建立飛行器多自由度耦合運動數(shù)值模擬的高效計算方法和軟件。①根據(jù)搖滾運動的特點，分析運動的主要自由度，建立耦合運動的非定常動力學模型；②基于有限體積法采用二階迎風型NND格式和含雙時間步的LU-SGS方法離散流動控制方程組，基于剛性動網(wǎng)格技術(shù)，耦合求解流動控制方程組和剛體動力學方程組，發(fā)展適用于復雜飛行器多自由度耦合...

【文章頁數(shù)】：235 頁

【學位級別】：博士

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表目錄
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摘要
Abstract
符號表
第一章 緒論
    1.1 研究背景和意義
        1.1.1 飛行器大攻角非定常動態(tài)特性
        1.1.2 動態(tài)搖滾現(xiàn)象及其分類
    1.2 飛行器動態(tài)搖滾問題研究綜述
        1.2.1 搖滾問題涉及的非定常渦流現(xiàn)象
        1.2.2 單自由度搖滾研究
        1.2.3 多自由度耦合搖滾運動研究
        1.2.4 飛行器搖滾現(xiàn)象的主/被動控制方法研究
    1.3 本文的工作
第二章 控制方程及數(shù)值方法
    2.1 流動控制方程組
        2.1.1 Navier-Stokes 方程組
        2.1.2 Navier-Stokes 方程組的無量綱化
        2.1.3 一般曲線坐標系下的 Navier-Stokes 方程組
        2.1.4 有限體積離散形式的 Navier-Stokes 方程組
    2.2 空間離散
        2.2.1 半離散形式的 NND 格式
        2.2.2 Steger-Warming 分裂和熵修正
        2.2.3 限制器
    2.3 時間離散
        2.3.1 隱式時間離散的一般形式
        2.3.2 LU-SGS 方法
        2.3.3 含雙時間步的 LU-SGS 方法
        2.3.4 亞迭代收斂指標
        2.3.5 粘性項近似隱式處理
    2.4 邊界處理
        2.4.1 遠場邊界條件
        2.4.2 對接邊界條件
        2.4.3 物面邊界條件
        2.4.4 對稱邊界條件
        2.4.5 奇性軸條件
    2.5 湍流模型
        2.5.1 SA 一方程湍流模型
        2.5.2 SST 兩方程湍流模型
    2.6 氣動系數(shù)計算
        2.6.1 氣動力/力矩
        2.6.2 氣動力/力矩系數(shù)
    2.7 飛行器動態(tài)運動的數(shù)值模擬
        2.7.1 常用坐標系
        2.7.2 基于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的剛性動網(wǎng)格技術(shù)
        2.7.3 剛體動力學方程組
        2.7.4 剛體動力學方程組和流動控制方程組的耦合求解
    2.8 并行計算方法
        2.8.1 基于 MPI 的分區(qū)并行計算
        2.8.2 區(qū)域劃分與負載平衡
    2.9 本章小結(jié)
第三章 數(shù)值方法驗證
    3.1 定常流動
        3.1.1 定常圓柱無粘繞流
        3.1.2 定常翼型無粘繞流
        3.1.3 層流平板邊界層
        3.1.4 湍流平板邊界層
    3.2 定姿態(tài)非定常流動
        3.2.1 低雷諾數(shù)圓柱粘性繞流
        3.2.2 圓柱非定常渦脫落
        3.2.3 Hummel 單三角翼繞流
    3.3 動姿態(tài)非定常流動
        3.3.1 NACA0012 翼型俯仰振蕩
        3.3.2 76°后掠三角翼快速拉升
        3.3.3 80°后掠三角翼單自由度搖滾
    3.4 分區(qū)并行計算
        3.4.1 分區(qū)計算
        3.4.2 并行計算
    3.5 本章小結(jié)
第四章 細長三角翼強迫俯仰/自由滾轉(zhuǎn)雙自由度耦合運動特性研究
    4.1 飛行器強迫俯仰/自由滾轉(zhuǎn)耦合運動建模
        4.1.1 運動描述
        4.1.2 俯仰/滾轉(zhuǎn)耦合運動的控制方程
        4.1.3 運動控制方程離散
        4.1.4 耦合運動時的攻角和側(cè)滑角
    4.2 三角翼俯仰/滾轉(zhuǎn)耦合運動特性及實驗驗證
    4.3 多種因素對三角翼俯仰/滾轉(zhuǎn)耦合運動特性的影響
        4.3.1 轉(zhuǎn)動慣量的影響
        4.3.2 軸承機構(gòu)阻尼的影響
        4.3.3 湍流的影響
        4.3.4 俯仰運動特性參數(shù)的影響
    4.4 本章小結(jié)
第五章 細長三角翼自由滾轉(zhuǎn)/自由側(cè)滑雙自由度耦合運動特性研究
    5.1 三角翼自由滾轉(zhuǎn)/自由側(cè)滑耦合運動建模
        5.1.1 滾轉(zhuǎn)/側(cè)滑耦合運動的剛體動力學方程組
        5.1.2 滾轉(zhuǎn)/側(cè)滑耦合運動控制方程組的離散
        5.1.3 滾轉(zhuǎn)/側(cè)滑耦合運動的攻角、側(cè)滑角以及等效前緣后掠角
    5.2 三角翼滾轉(zhuǎn)/側(cè)滑雙自由度耦合運動特性
        5.2.1 滾轉(zhuǎn)/側(cè)滑耦合條件下的搖滾特性
        5.2.2 滾轉(zhuǎn)/側(cè)滑耦合條件下的側(cè)滑運動特性
        5.2.3 滾轉(zhuǎn)/側(cè)滑雙自由度運動耦合效應分析
        5.2.4 滾轉(zhuǎn)/側(cè)滑耦合運動的流場特性
    5.3 轉(zhuǎn)動慣量和質(zhì)量對滾轉(zhuǎn)/側(cè)滑耦合運動特性的影響
        5.3.1 轉(zhuǎn)動慣量的影響
        5.3.2 質(zhì)量的影響
        5.3.3 采用單自由度假設研究翼搖滾現(xiàn)象的合理性分析
        5.3.4 質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量的匹配
    5.4 三角翼滾轉(zhuǎn)/側(cè)滑耦合運動下的搖滾分岔特性
    5.5 本章小結(jié)
第六章 細長三角翼滾轉(zhuǎn)、側(cè)滑以及沉浮三自由度耦合運動特性研究
    6.1 滾轉(zhuǎn)、側(cè)滑及沉浮三自由度耦合運動建模
        6.1.1 滾轉(zhuǎn)、側(cè)滑及沉浮耦合運動的剛體動力學方程組
        6.1.2 控制方程組離散
        6.1.3 滾轉(zhuǎn)、側(cè)滑及沉浮耦合運動的姿態(tài)角
    6.2 滾轉(zhuǎn)、側(cè)滑以及沉浮三自由度耦合運動特性
        6.2.1 重力顯著小于垂向氣動力
        6.2.2 重力與垂向氣動力相當
        6.2.3 重力顯著大于垂向氣動力
        6.2.4 三角翼滾轉(zhuǎn)、側(cè)滑及沉浮三自由度耦合的運動分析
    6.3 本章小結(jié)
第七章 簡化戰(zhàn)斗機模型動態(tài)搖滾運動特性研究
    7.1 模型及研究方法
        7.1.1 簡化戰(zhàn)斗機模型
        7.1.2 數(shù)值模擬方法
    7.2 簡化戰(zhàn)斗機模型定姿態(tài)繞流特性
        7.2.1 簡化戰(zhàn)斗機模型靜態(tài)繞流特性分析
        7.2.2 前體截面形狀對戰(zhàn)斗機橫向穩(wěn)定性的影響
    7.3 翼體外形動態(tài)搖滾數(shù)值模擬與實驗驗證
    7.4 模型機身的搖滾特性
    7.5 前體截面形狀對翼身組合體搖滾特性的影響
        7.5.1 圓截面前體翼身組合體搖滾特性
        7.5.2 橫置橢圓截面前體翼身組合體搖滾特性
        7.5.3 縱置橢圓截面前體翼身組合體搖滾特性
        7.5.4 前體截面形狀對翼身組合體動態(tài)搖滾特性的影響
    7.6 機翼前緣形狀對翼身組合體搖滾特性的影響
    7.7 尾翼布局對簡化戰(zhàn)斗機模型搖滾特性的影響
        7.7.1 單獨安裝平尾簡化戰(zhàn)斗機模型的動態(tài)搖滾特性
        7.7.2 單獨安裝垂尾簡化戰(zhàn)斗機模型的動態(tài)搖滾特性
        7.7.3 安裝全尾翼簡化戰(zhàn)斗機模型的動態(tài)搖滾特性
        7.7.4 尾翼對簡化戰(zhàn)斗機模型搖滾特性的影響
    7.8 本章小結(jié)
第八章 結(jié)論與展望
致謝
參考文獻
作者在學期間取得的學術(shù)成果



本文編號：3922438