高精度计算方法及复杂流动机理

基本情况

中国空气动力研究与发展中心高精度计算方法及复杂流动机理研究始于上世纪80年代末,主要研究探索高速飞行中的复杂流动机理,发展高精度的数值模拟方法。

研究工作

复杂流动机理及高精度计算方法研究是目前飞行器设计中的学科前沿问题。在高超声速绕流情况下,流动分离会加剧飞行器热环境的恶化,特别在激波边界层相互干扰区域,分离流和旋涡运动的产生会改变飞行器流场分离时的压力、摩阻分布,产生脉动压力。可以利用分离流和旋涡的存在改善飞行器的气动特性。分离流场的高精度数值模拟和理论研究可以为飞行器优化设计提供一定的参考;分离和旋涡流动可用来增强发动机中燃料和氧化剂的混合,从而提高燃烧效率。

该研究已取得了以下成果:

1.建立了非定常分离流的理论,给出了非定常分离的判据。

2.给出了一系列三维非定常固定壁面分离拓扑结构的计算结果,包括顶盖驱动的方腔流动、非定常钝锥绕流和椭球绕流。

3.针对复杂多尺度非定常流动的计算需求,发展了若干高阶精度、高分辨率的数值方法:解决了捕捉激波的高阶精度WENO格式对含激波的定常流动的不收敛问题;设计了一类具有谱分辨率的线性和非线性紧致格式;发展了分段多项式映射函数法等。

4.在复杂非定常分离流动机理方面:发现了基于从极限环起始的新的流动分离形态,提出了封闭极限流面的新概念;发现了双三角翼新型横流涡,得到了旋涡亚结构的高精度数值模拟结果;揭示了一系列复杂非定常流动分离和旋涡运动的机理。

5.建立了NS方程、动力学方程、控制律紧耦合的计算机制,并在理论和数值上对耦合方法的适应范围进行了研究,深入探讨了在动态非结构/混合网格下的几何守恒律问题,从消除几何守恒误差的方式对几何守恒算法进行了合理的分离。

6.建立了飞行器动稳定性理论,提出了新的俯仰、侧滑和滚动的稳定性判则。


学术带头人

  

          张涵信

联系方式

电子邮件: zhanghanxin@cardc.cn