本书专门收集了2017 年 6 月举行的高升力构型数值计算预测研讨会的一些最新成果。本书章节主要讨论了2017年6月在丹佛举行的第三届HiLiftPW研讨会提出的高升力构型气动特性数值计算方法。所有章节主要介绍了利用各种模型得到的高升力构型空气动力学特性的数值计算结果,以及与实验数据的比较。
高升力装置作为重要的流动控制部件,对大型飞机不同飞行状态下的气动性能均有影响,尤其是飞机起降安全性能。一直以来,高升力装置的构型设计及流动机理研究都是飞机总体设计和空气动力研究的一个重要领域。数值模拟作为高升力构型研究的一个重要手段,其长期的研究衍生出众多不同的研究方法。
本书是一部介绍高升力构型数值模拟方法的专著,循序渐进地讲述了从高升力构型到网格生成以及数值模拟手段。第1章概述了高升力构型的物理特征,讲述了高升力系统的前缘装置和后缘装置,并对高升力系统的物理特性做了简要介绍。这是认识和了解高升力构型的一个必要过程,有助于读者直观理解本书的研究对象。第2章为高升力机翼构型的网格生成方法,对网格生成准则、曲面网格生成以及网格质量做了详细介绍。网格作为数值模拟中重要的一环,是准确模拟流动的关键,本章能帮助读者更好地理解网格建立与流动模拟之间的关系。第3章通过求解不可压缩的高升力机翼构型,将数值方法构建、网格生成到求解过程细致展开,讨论在不可压条件下,高升力机翼的压力、升力以及力矩的分布。第4章研究MFlow求解器在计算Jaxa高升力构型标准模型方面的优势,为高升力构型数值模拟提供了一种有效预测阻力和力矩的求解器。第5章介绍了一种不含任何湍流模型、适用于时间分辨气动特性模拟的自适应有限元方法,能够可靠预测飞行器湍流分离。第6章介绍开源代码SU2开展的高升力通用模型的雷诺平均模拟(RANS)研究,是高升力构型的数值模拟的另一种研究方法。
本书系统阐述了高升力构型数值模拟的全部过程,各章节的作者通过合理组织内容,均显示出在该领域宽广深厚的专业水平,清晰展现了高升力构型数值模拟思路。本书旨在通过清晰、简洁的语言,介绍高升力构型数值模拟的过程及方法,为此领域的相关研究人员和学生提供一个参考,推动高升力构型的研究。
本书的翻译出版得到了中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所的大力支持和帮助。为了做好本书的翻译工作,我们邀请了中国空气动力研究与发展中心的相关领域专家组成译审委员会全程参与、指导本书的翻译和审校工作。他们的辛勤工作与贡献从根本上保证了本译著的翻译质量和专业学术水准,在此对他们的指导与帮助表示衷心的感谢。
本书前言、目录和第1~2章由王元靖、李国帅、吴继飞、牛璐翻译,第3~4章由贾洪印、方亮、葛雨衍、邹大军翻译,第5~6章由杨茵、夏洪亚、刘立瑶、廖明、李多翻译,最后由王元靖统一修改定稿,刘洋、赵阳、蔡金延、孔文杰、赵一迪参与了本书的校对与修订工作。牟斌研究员、周为群研究员审阅了全书,并提出了宝贵的意见,在此一并致以衷心的感谢。
限于译者的水平,书中出现的不妥和疏漏之处,欢迎读者批评指正,以便今后进一步修订完善。
王元靖,男,44岁,工学博士,中国空气动力研究与发展中心高速所研究员。主要从事大型飞机气动特性试验研究工作。在国内外学术期刊发表论文30余篇,获得专利10余项,获得部委级成果5项。,李国帅,男,中国空气动力研究与发展中心高速所一室副研究员。主要参与大型运输机气动力关键实验设备配套技术改造、国家自然科学基金等研究项目3项。发表学术论文12篇,获国防发明专利3项。获军队科技进步二等奖1项。
第1章 高升力系统空气动力学应用概述
1.1 前言
1.2 后缘装置
1.3 前缘装置
1.4 高升力系统的物理特性和数值模拟
参考文献
第2章 高升力机翼构型的网格生成
2.1 前言
2.2 CAD模型
2.3 网格生成准则
2.4 曲面网格生成
2.4.1 远场与对称平面
2.4.2 网格质量
2.4.3 偏离HiLiftPW-3网格划分准则
2.5 体网格生成
2.6 结束语
参考文献
第3章 高升力机翼构型的不可压缩解
3.1 前言
3.2 数值方法
3.3 网格生成
3.4 求解过程
3.5 结果与讨论
3.5.1 力和力矩比较
3.5.2 压力分布比较
3.6 结论和未来的工作
参考文献
第4章 基于MFlow求解器的Jaxa高升力构型标准模型的数值研究
4.1 前言
4.2 几何结构和计算网格
4.3 数值方法
4.4 结果
4.4.1 大规模并行计算的性能
4.4.2 安装短舱和挂架的影响
4.5 结论
参考文献
第5章 飞机高升力构型的时间分辨自适应直接有限元模拟
5.1 前言
5.2 模拟方法
5.2.1 cG(1)cG(1)方法
5.2.2 自适应算法
5.2.3 cG(1)cG(1)方法的后验误差估计
5.2.4 无为误差估计和指示
5.2.5 湍流边界层
5.2.6 数值转捩
5.2.7 FEniCS-HPC有限元计算框架
5.3 结果
5.3.1 气动力
5.3.2 压力系数
5.3.3 流动和自适应网格细化显示
5.4 结论
参考文献
第6章 使用开源代码SU2对高升力通用研究模型进行RANS模拟
6.1 概述
6.2 NASA通用研究模型
6.3 数值方法
6.3.1 斯坦福大学非结构化SU2
……