搖滾是現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)大攻角運(yùn)動(dòng)下的常見(jiàn)問(wèn)題，是一種以大振幅自由滾轉(zhuǎn)為主，同時(shí)耦合如俯仰、側(cè)滑、沉浮等自由度的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，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(shè)計(jì)階段就需要重點(diǎn)關(guān)注的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題之一。國(guó)內(nèi)外對(duì)飛行器大攻角搖滾現(xiàn)象及其蘊(yùn)含的物理機(jī)理極為關(guān)注，開(kāi)展了大量的研究，但目前仍有大量的問(wèn)題亟待解決。搖滾現(xiàn)象本質(zhì)上是多自由度耦合的運(yùn)動(dòng)，但從國(guó)內(nèi)外已發(fā)表的文獻(xiàn)看來(lái)，采用單自由度假設(shè)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(xiàn)十分少見(jiàn)。本文針對(duì)飛行器的動(dòng)態(tài)搖滾現(xiàn)象，通過(guò)耦合求解N-S方程組和歐拉剛體動(dòng)力學(xué)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(yùn)動(dòng)過(guò)程，研究大攻角搖滾特性及非定常復(fù)雜流動(dòng)機(jī)理。 首先，耦合求解流體運(yùn)動(dòng)方程組和飛行器剛體動(dòng)力學(xué)方程組建立飛行器多自由度耦合運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬的高效計(jì)算方法和軟件。①根據(jù)搖滾運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，分析運(yùn)動(dòng)的主要自由度，建立耦合運(yùn)動(dòng)的非定常動(dòng)力學(xué)模型；②基于有限體積法采用二階迎風(fēng)型NND格式和含雙時(shí)間步的LU-SGS方法離散流動(dòng)控制方程組，基于剛性動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，耦合求解流動(dòng)控制方程組和剛體動(dòng)力學(xué)方程組，發(fā)展適用于復(fù)雜飛行器多自由度耦合...

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

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摘要
Abstract
符號(hào)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(dòng)態(tài)特性
        1.1.2 動(dòng)態(tài)搖滾現(xiàn)象及其分類
    1.2 飛行器動(dòng)態(tài)搖滾問(wèn)題研究綜述
        1.2.1 搖滾問(wèn)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(yùn)動(dòng)研究
        1.2.4 飛行器搖滾現(xiàn)象的主/被動(dòng)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(dòng)控制方程組
        2.1.1 Navier-Stokes 方程組
        2.1.2 Navier-Stokes 方程組的無(wú)量綱化
        2.1.3 一般曲線坐標(biāo)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(shí)間離散
        2.3.1 隱式時(shí)間離散的一般形式
        2.3.2 LU-SGS 方法
        2.3.3 含雙時(shí)間步的 LU-SGS 方法
        2.3.4 亞迭代收斂指標(biāo)
        2.3.5 粘性項(xiàng)近似隱式處理
    2.4 邊界處理
        2.4.1 遠(yuǎn)場(chǎng)邊界條件
        2.4.2 對(duì)接邊界條件
        2.4.3 物面邊界條件
        2.4.4 對(duì)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(dòng)系數(shù)計(jì)算
        2.6.1 氣動(dòng)力/力矩
        2.6.2 氣動(dòng)力/力矩系數(shù)
    2.7 飛行器動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬
        2.7.1 常用坐標(biāo)系
        2.7.2 基于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的剛性動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)
        2.7.3 剛體動(dòng)力學(xué)方程組
        2.7.4 剛體動(dòng)力學(xué)方程組和流動(dòng)控制方程組的耦合求解
    2.8 并行計(jì)算方法
        2.8.1 基于 MPI 的分區(qū)并行計(jì)算
        2.8.2 區(qū)域劃分與負(fù)載平衡
    2.9 本章小結(jié)
第三章 數(shù)值方法驗(yàn)證
    3.1 定常流動(dòng)
        3.1.1 定常圓柱無(wú)粘繞流
        3.1.2 定常翼型無(wú)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(dòng)
        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(dòng)姿態(tài)非定常流動(dòng)
        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(jì)算
        3.4.1 分區(qū)計(jì)算
        3.4.2 并行計(jì)算
    3.5 本章小結(jié)
第四章 細(xì)長(zhǎng)三角翼強(qiáng)迫俯仰/自由滾轉(zhuǎn)雙自由度耦合運(yùn)動(dòng)特性研究
    4.1 飛行器強(qiáng)迫俯仰/自由滾轉(zhuǎn)耦合運(yùn)動(dòng)建模
        4.1.1 運(yùn)動(dòng)描述
        4.1.2 俯仰/滾轉(zhuǎn)耦合運(yùn)動(dòng)的控制方程
        4.1.3 運(yùn)動(dòng)控制方程離散
        4.1.4 耦合運(yùn)動(dòng)時(shí)的攻角和側(cè)滑角
    4.2 三角翼俯仰/滾轉(zhuǎn)耦合運(yùn)動(dòng)特性及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    4.3 多種因素對(duì)三角翼俯仰/滾轉(zhuǎn)耦合運(yùn)動(dòng)特性的影響
        4.3.1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響
        4.3.2 軸承機(jī)構(gòu)阻尼的影響
        4.3.3 湍流的影響
        4.3.4 俯仰運(yùn)動(dòng)特性參數(shù)的影響
    4.4 本章小結(jié)
第五章 細(xì)長(zhǎng)三角翼自由滾轉(zhuǎn)/自由側(cè)滑雙自由度耦合運(yùn)動(dòng)特性研究
    5.1 三角翼自由滾轉(zhuǎn)/自由側(cè)滑耦合運(yùn)動(dòng)建模
        5.1.1 滾轉(zhuǎn)/側(cè)滑耦合運(yùn)動(dòng)的剛體動(dòng)力學(xué)方程組
        5.1.2 滾轉(zhuǎn)/側(cè)滑耦合運(yùn)動(dòng)控制方程組的離散
        5.1.3 滾轉(zhuǎn)/側(cè)滑耦合運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)特性
        5.2.3 滾轉(zhuǎn)/側(cè)滑雙自由度運(yùn)動(dòng)耦合效應(yīng)分析
        5.2.4 滾轉(zhuǎn)/側(cè)滑耦合運(yùn)動(dòng)的流場(chǎng)特性
    5.3 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和質(zhì)量對(duì)滾轉(zhuǎn)/側(cè)滑耦合運(yùn)動(dòng)特性的影響
        5.3.1 轉(zhuǎn)動(dòng)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(shè)研究翼?yè)u滾現(xiàn)象的合理性分析
        5.3.4 質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的匹配
    5.4 三角翼滾轉(zhuǎn)/側(cè)滑耦合運(yùn)動(dòng)下的搖滾分岔特性
    5.5 本章小結(jié)
第六章 細(xì)長(zhǎng)三角翼滾轉(zhuǎn)、側(cè)滑以及沉浮三自由度耦合運(yùn)動(dòng)特性研究
    6.1 滾轉(zhuǎn)、側(cè)滑及沉浮三自由度耦合運(yùn)動(dòng)建模
        6.1.1 滾轉(zhuǎn)、側(cè)滑及沉浮耦合運(yùn)動(dòng)的剛體動(dòng)力學(xué)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(yùn)動(dòng)的姿態(tài)角
    6.2 滾轉(zhuǎn)、側(cè)滑以及沉浮三自由度耦合運(yùn)動(dòng)特性
        6.2.1 重力顯著小于垂向氣動(dòng)力
        6.2.2 重力與垂向氣動(dòng)力相當(dāng)
        6.2.3 重力顯著大于垂向氣動(dòng)力
        6.2.4 三角翼滾轉(zhuǎn)、側(cè)滑及沉浮三自由度耦合的運(yùn)動(dòng)分析
    6.3 本章小結(jié)
第七章 簡(jiǎn)化戰(zhàn)斗機(jī)模型動(dòng)態(tài)搖滾運(yùn)動(dòng)特性研究
    7.1 模型及研究方法
        7.1.1 簡(jiǎn)化戰(zhàn)斗機(jī)模型
        7.1.2 數(shù)值模擬方法
    7.2 簡(jiǎn)化戰(zhàn)斗機(jī)模型定姿態(tài)繞流特性
        7.2.1 簡(jiǎn)化戰(zhàn)斗機(jī)模型靜態(tài)繞流特性分析
        7.2.2 前體截面形狀對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)橫向穩(wěn)定性的影響
    7.3 翼體外形動(dòng)態(tài)搖滾數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    7.4 模型機(jī)身的搖滾特性
    7.5 前體截面形狀對(duì)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(duì)翼身組合體動(dòng)態(tài)搖滾特性的影響
    7.6 機(jī)翼前緣形狀對(duì)翼身組合體搖滾特性的影響
    7.7 尾翼布局對(duì)簡(jiǎn)化戰(zhàn)斗機(jī)模型搖滾特性的影響
        7.7.1 單獨(dú)安裝平尾簡(jiǎn)化戰(zhàn)斗機(jī)模型的動(dòng)態(tài)搖滾特性
        7.7.2 單獨(dú)安裝垂尾簡(jiǎn)化戰(zhàn)斗機(jī)模型的動(dòng)態(tài)搖滾特性
        7.7.3 安裝全尾翼簡(jiǎn)化戰(zhàn)斗機(jī)模型的動(dòng)態(tài)搖滾特性
        7.7.4 尾翼對(duì)簡(jiǎn)化戰(zhàn)斗機(jī)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(xiàn)
作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果



本文編號(hào)：3922438