本站小編為你精心準(zhǔn)備了結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的柵格翼繞流模擬參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào)》2014年第三期

1數(shù)值模擬方法

1．1控制方程對(duì)于三維非定常可壓縮粘性流動(dòng)，一般曲線坐標(biāo)系下的N－S方程可寫作。

1．2數(shù)值方法及邊界條件對(duì)于流場(chǎng)的求解，采用有限體積法進(jìn)行空間離散，隱式方法結(jié)合多重網(wǎng)格加速收斂技術(shù)進(jìn)行推進(jìn)求解。空間無(wú)粘通量采用ROE的通量差分分裂方法來(lái)離散，粘性通量采用二階中心差分格式離散，并且采用MINMOD限制器以保證格式單調(diào)性。時(shí)間方向采用隱式LU－SGS方法推進(jìn)求解，并結(jié)合多重網(wǎng)格技術(shù)加速收斂。超聲速遠(yuǎn)場(chǎng)邊界條件入流邊界所有參數(shù)為自由來(lái)流值，出流邊界所有參數(shù)由內(nèi)流場(chǎng)外插得到；亞聲速遠(yuǎn)場(chǎng)邊界條件采用Riemann不變量處理的無(wú)反射邊界條件；柵格翼導(dǎo)彈對(duì)稱面按對(duì)稱條件處理，物面采用無(wú)滑移邊界條件。

1．3多重網(wǎng)格技術(shù)多重網(wǎng)格技術(shù)是數(shù)值算法中一種加速收斂的迭代技術(shù)。其基本思想就是細(xì)網(wǎng)格松弛、粗網(wǎng)格修正和套迭代技術(shù)。即先在細(xì)網(wǎng)格上迭代以消除高頻振蕩誤差，再在粗網(wǎng)格上迭代消除低頻光滑誤差，如此逐步使網(wǎng)格粗化從而把各種頻率誤差消除，再有套迭代技術(shù)將粗網(wǎng)格上的解依次返回到各級(jí)細(xì)網(wǎng)格上。計(jì)算過(guò)程中采用多重網(wǎng)格法中非線性方程的全近似格式（FAS格式）；網(wǎng)格粗化則采用標(biāo)準(zhǔn)粗化策略；套迭代技術(shù)采用W循環(huán)，保持收斂因子不隨網(wǎng)格層的變化而變化，魯棒性好；插值算子采用三線性插值算子；限制算子則為體積加權(quán)算子。

1．4數(shù)值計(jì)算模型數(shù)值計(jì)算模型采用在加拿大DREV風(fēng)洞中的進(jìn)行大量試驗(yàn)的柵格翼導(dǎo)彈外形，如下圖所示，具體尺寸參見文獻(xiàn)［19］。針對(duì)這種復(fù)雜的框架結(jié)構(gòu)，生成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，以此為基礎(chǔ)開展柵格翼導(dǎo)彈亞跨超氣動(dòng)特性的數(shù)值模擬。

2網(wǎng)格生成

隨著應(yīng)用環(huán)境的不同，對(duì)柵格翼的氣動(dòng)性能也提出了不同的要求。這就導(dǎo)致柵格翼的結(jié)構(gòu)形狀和包含的格框數(shù)也大不相同，這給結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的生成帶來(lái)很大困難。本文采用多塊對(duì)接網(wǎng)格的思想，將柵格翼這種復(fù)雜的升力面系統(tǒng)分成一個(gè)個(gè)的柵格框（如圖2所示），然后分別在不同柵格框內(nèi)生成結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，相鄰兩塊公共邊界上的網(wǎng)格點(diǎn)為兩塊公共的網(wǎng)格點(diǎn)。相鄰塊網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)相同，為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的對(duì)接，不同子塊的網(wǎng)格共同充滿整個(gè)流場(chǎng)。各個(gè)子塊根據(jù)不同的物面形狀和流場(chǎng)特點(diǎn)采取不同的網(wǎng)格拓?fù)洌跂鸥窨騼?nèi)生成O型網(wǎng)格，其他區(qū)域內(nèi)生成H型網(wǎng)格。隨著來(lái)流速度的不同，柵格框內(nèi)的流態(tài)會(huì)發(fā)生很大變化，復(fù)雜的激波與邊界層干涉，對(duì)流場(chǎng)特性有重大影響。為了保證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，單個(gè)柵格框內(nèi)要保證一定密度的網(wǎng)格，從而導(dǎo)致整個(gè)柵格翼導(dǎo)彈的網(wǎng)格量比較大。在本文的數(shù)值模擬中，柵格翼導(dǎo)彈半模型結(jié)構(gòu)網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)為500萬(wàn)，彈體附近垂直方向網(wǎng)格尺度為4×10－5m，柵格翼上垂直方向網(wǎng)格尺度為2×10－5m。

3計(jì)算結(jié)果與分析

我們以DREV風(fēng)洞中進(jìn)行大量試驗(yàn)的柵格翼導(dǎo)彈外形為基礎(chǔ)，生成了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的多塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，并進(jìn)行了不同馬赫數(shù)（Ma＝0．5到Ma＝3）流場(chǎng)特性的數(shù)值模擬研究。其中，我們將部分?jǐn)?shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析。圖5給出了Ma＝3、α＝2°狀態(tài)下殘值收斂曲線，從中看出殘值下降了6個(gè)量級(jí)，收斂性較好。圖6給出了圖5狀態(tài)下水平柵格翼表面壓力云圖。圖7給出了Ma＝3條件下法向力系數(shù)計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較。圖8給出了Ma＝3條件下俯仰力矩系數(shù)與試驗(yàn)的比較。圖9給出了Ma＝0．5、1．15、1．5、3條件下軸向力系數(shù)與試驗(yàn)的比較。圖10給出了法向力系數(shù)導(dǎo)數(shù)隨馬赫數(shù)變化與試驗(yàn)結(jié)果的比較。通過(guò)對(duì)比分析，以結(jié)構(gòu)網(wǎng)格為基礎(chǔ)，求解N－S方程得到的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，能夠比較準(zhǔn)確的捕捉柵格翼導(dǎo)彈的流場(chǎng)特性。其中，法向力系數(shù)導(dǎo)數(shù)隨馬赫數(shù)變化規(guī)律與試驗(yàn)結(jié)果一致，在亞聲速段與吻合較好，在跨聲速和超聲速段計(jì)算結(jié)果偏大。圖11和圖12給出了柵格翼內(nèi)部流態(tài)隨馬赫數(shù)增大的變化。當(dāng)來(lái)流馬赫數(shù)為Ma＝0．9時(shí)，在柵格翼通道后面形成了正激波，導(dǎo)致柵格翼升力減小阻力增加；當(dāng)來(lái)流馬赫數(shù)為Ma＝1．5時(shí)，在柵格翼前出現(xiàn)脫體正激波，阻力急劇增大（如圖11所示），波后的氣流是亞聲速的，隨著來(lái)流速度的繼續(xù)增加，激波會(huì)向后移動(dòng)貼在柵格翼的前緣上；當(dāng)來(lái)流馬赫數(shù)達(dá)到2時(shí)，在柵格翼前緣出現(xiàn)斜激波，并且在相鄰柵格壁之間出現(xiàn)了反射，在靠近彈體壁面的柵格框內(nèi)，由于受到壁面附面層的影響，前緣處形成的仍然是正激波；隨著來(lái)流速度的進(jìn)一步加大，達(dá)到馬赫數(shù)3時(shí)，柵格翼前緣形成的斜激波不再落在相鄰的柵格壁上，柵格壁之間不再出現(xiàn)相互干涉，阻力也會(huì)隨之降低，氣動(dòng)性能也有所提升。

4結(jié)論

本文通過(guò)多塊對(duì)接網(wǎng)格的方法，對(duì)柵格翼導(dǎo)彈這種復(fù)雜構(gòu)型生成了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。并以此為基礎(chǔ)，通過(guò)求解N－S方程對(duì)柵格翼導(dǎo)彈亞跨超聲速流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析，本文數(shù)值模擬的結(jié)果在局部流場(chǎng)細(xì)節(jié)和柵格翼導(dǎo)彈氣動(dòng)力方面與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好。說(shuō)明本文采用的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格可靠合理，質(zhì)量?jī)?yōu)良，能夠?qū)鸥褚盹w行器復(fù)雜流場(chǎng)進(jìn)行比較精確的數(shù)值模擬，提供準(zhǔn)確的氣動(dòng)力數(shù)據(jù)，為工程應(yīng)用評(píng)估提供了技術(shù)支撐。

作者：周培培單位：中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院