期刊,空气动力学学报 2024年卷2期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

空气动力学学报

中国空气动力学会

主办单位：中国空气动力学会

主　　编：邓小刚

出版周期：双月刊

国际刊号：0258-1825

电子邮箱：kqdlxxb@aas.cardc.com

电　　话：0816-2463287

邮政编码：621000

地　　址：四川绵阳211信箱

空气动力学学报/Journal Acta Aerodynamica SinicaCSCD北大核心CSTPCDEI

查看更多>>本刊是中国空气动力学会主办的综合性学术刊物，主要刊载空气动力学领域具有创造性的理论、实验和应用论文，也发表流体力学，风工程等方面的好论文。是国家一级刊物，也是重要的核心期刊，被国内外重要数据库收录。

正式出版

收录年代

低真空管道列车关键气动问题研究进展

侯自豪毛凯朱雨建薄靖龙...

1-20页

查看更多>>摘要：低真空管道列车系统结合应用了管道运输和磁浮推进技术,是一种颇具潜力的未来地面高速交通方式.列车在极狭长的管道空间内长距离往返,通常诱发以管内壅塞现象为主导的大尺度跨声速流动和多车干扰,导致气动阻力急剧增加和气动热环境恶化,从而面临突出的空气动力学问题.本文从管道全场和列车近场两个视角出发,对管道列车流动特征进行了总结,并对近年来国内外该领域气动力/热/噪声研究的进展进行了梳理.在此基础上,围绕管道列车全线多车运行热点问题,对运行速度、管道阻塞比、发车间隔、运行模式的选取进行了讨论.最后,展望了低真空管道列车气动研究领域未来发展方向,指出高效研究方法、多车运行流动干扰、多车运行气动热、长大管道气动噪声、减阻/降热/降噪技术等是今后需要重点研究的领域.

关键词：

管道列车气动力流动模态全线运行真空管道多车干扰

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间断Galerkin有限元隐式算法GPU并行化研究

高缓钦陈红全贾雪松徐圣冠...

21-33页

查看更多>>摘要：为了提高间断伽辽金(discontinuous Galerkin,DG)有限元方法的计算效率,围绕求解Euler方程,构建了基于图形处理器(graphics processing unit,GPU)并行加速的隐式DG算法.算法结合Roe格式进行空间离散,采用人工黏性法处理激波等间断问题,时间推进选用下上对称高斯-赛德尔(lower-upper symmetric Gauss-Seidel,LU-SGS)隐式格式.为了克服传统隐式格式固有的数据关联依赖问题,借助于本文提出的面向任意网格的单元着色分组技术,先给出了LU-SGS隐式格式的并行化改造,使得隐式时间推进能按颜色组别依次并行,由于同一颜色组内算法已不存在数据关联,可以据此实现并行化.在此基础上,再结合DG算法局部紧致等特点,基于统一计算设备架构(compute unified device ar-chitecture,CUDA)编程模型,设计了依据单元的核函数,并构建了对应的线程与数据结构,给出了DG有限元隐式GPU并行算法.最后,发展的算法通过了多个二维和三维典型流动算例考核与性能测试,展示出隐式算法GPU加速的效果,且获得的计算结果能与现有的文献或实验数据接近.

关键词：

间断伽辽金方法LU-SGS隐式格式GPU并行化单元着色分组Euler方程

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双射流激波针在高超声速下的减阻降热特性

王俊峰李珺罗世彬

34-46页

查看更多>>摘要：严酷的气动力和气动热环境是制约高超声速飞行器发展的两个重要因素,如何高效地降低高超声速飞行过程中的阻力和热流一直是设计者们追求的目标.为此,本文提出了一种结合后向射流和根部逆向射流的双射流激波针新构型.数值模拟研究发现:该构型能够利用后向射流产生的反作用力削减逆向射流附加阻力对减阻效果的影响,因此与无射流和单一射流方案相比,双射流激波针的流场结构显著改变,减阻降热效果极大提高.此外,增大激波针的长径比(L/D)有利于提高双射流激波针的减阻效果,但会使降热性能有所下降:在本文研究中,当激波针长径比从 1 增大到4 时,结构的总阻力系数降低了 71.9%,而钝体总热流增大了 13.7 倍.同时,增大射流总压比PR可以显著降低壁面热流:当逆向射流总压比(PR,o)或后向射流总压比(PR,r)大于 0.4 时,钝体壁面的热流极低并开始出现负值;然而,阻力系数随PR,o和PR,r的变化趋势恰好相反,随着PR,o从 0.2 增大到 0.5,由于逆向射流附加阻力的影响,结构总阻力系数增大了 66.7%,而得益于后向射流的推力作用,结构总阻力系数则降低了 59.3%.

关键词：

减阻热防护射流激波针高超声速

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轴对称Boltzmann模型方程统一算法与空天飞行环境喷管流动模拟

李凡李志辉李中华罗万清...

47-55页

查看更多>>摘要：拦截机动飞行器周围大范围区域存在主喷/侧喷流/羽流影响,而传统的纳维-斯托克斯(Navier-Stokes,N-S)方程不能很好模拟发动机喷管扩张段出口附近流动情况,需要一种新的方法来处理这种全流域流动问题.为解决该问题,针对特定轴对称喷管内流动,本文通过数学推导确立描述不同克努森数稀薄环境条件下的轴对称喷管内流动Boltzmann模型方程,初步建立适于该模型方程的数值格式与气体动理论统一算法.通过开展同轴圆筒间的定常/非定常旋转流动以及轴对称喷管内流动数值计算研究,发现统一算法计算流场与其他途径得到的结果吻合较好,验证了统一算法在全局克努森数喷管流动模拟的适应性和可靠性.通过与低密度风洞实验对比,喷管出口核心区羽流结构一致,羽流轴线压力分布一致,表明统一算法可以有效解决喷管入口压缩段到扩张段多流域混合,尤其是出口附近稀薄气体真空低压环境流动问题.

关键词：

轴对称喷管流动气体动理论统一算法Boltzmann模型方程旋转库埃特流动羽流环境

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影响振荡射流分离控制效果的关键因素

孙启翔王万波黄勇王勋年...

56-67页

查看更多>>摘要：为找出影响振荡射流对流场分离控制效果的关键因素,采用典型振荡射流激励器对偏转襟翼流场施加控制,通过数值模拟分析施加控制后的流场特点,总结了射流停滞的原因和影响;并对比不同扩张段、脉冲式和扫掠式振荡射流的控制效果,总结了射流扫掠范围对控制效果的影响.结果表明:射流向流场中传递动量的均匀程度和扫掠范围是影响控制效果的关键因素.射流向流场中传递动量越均匀,扫掠范围越大,则控制效果越好.激励器喉道过小会抑制射流偏转,使射流在出口两侧停滞,导致射流向流场中传递动量不均匀,因此偏转襟翼两侧的控制效果好于中部;增大扩张段会增大射流扫掠范围从而改善控制效果;脉冲式激励器内的尖劈会阻挡射流扫掠至其后方,导致射流扫掠范围小,偏转襟翼中部控制效果差.

关键词：

振荡射流偏转襟翼分离流动数值模拟主动流动控制

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基于粒子图像分割的混合PIV-PTV算法

李拓张清福潘翀陈爽...

68-75页

查看更多>>摘要：粒子图像测速法(particle image velocimetry,PIV)因其非接触场测量的特性,已成为空气动力学领域的主要测量工具.复杂流动的速度场往往具有非均匀性,示踪粒子难以在待测空间均匀分布.因此,在应用PIV互相关算法处理粒子稀疏区时,需要采用更大的查询窗口以降低测量的不确定度,但会带来空间分辨率低的实际问题.而粒子追踪测速法(particle tracking velocimetry,PTV)追踪单个示踪粒子的跨帧位移,具有比PIV更高的空间分辨率,但难以适用于粒子浓度高的稠密区.针对PIV、PTV各自的优点,本文发展了一种基于粒子图像分割的混合PIV-PTV测速技术.首先定义了基于维诺多边形的粒子局部浓度量度,用以计算示踪粒子在粒子图像上的局部浓度场;其次通过设定的浓度阈值对粒子进行二分类,使用基于高斯核函数的支持向量机寻找出最优的分类边界,从而实现对粒子图像的粒子稀疏区和稠密区的划分;最后对两个区域分别使用PIV和PTV进行速度场计算,并合并为完整的速度场输出.仿真结果表明,上述方法可实现对粒子图像中的示踪粒子稀疏区和稠密区的自动划分,有效提高速度场测量的空间分辨率.将该方法应用在马赫数Ma=6 的湍流边界层近壁测量中,可有效解决高速条件下粒子因强剪切难以进入边界层近壁区的问题,显著提高对近壁流动的解析能力.

关键词：

粒子图像测速混合PIV-PTV粒子图像分割支持向量机维诺多边形

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小翼羽掠角对机翼增升效果的影响

唐钰涵王将升王晋军

76-84页

查看更多>>摘要：鸟类会通过抬起其翅膀前缘 3 至 4 根长度较短的羽毛(小翼羽)来抑制失速和增加升力,并根据不同飞行状态改变小翼羽与翅膀之间的掠角.为应对大迎角下的机翼失速问题,本文结合风洞测力和粒子图像测速实验研究了小翼羽掠角对机翼增升效果的影响.风洞测力实验结果表明,相比于无前掠的小翼羽,适当前掠的小翼羽对机翼的增升效果更好且不会增加机翼阻力.平面粒子图像测速和体视粒子图像测速实验表明,适当的前掠角能够增强小翼羽产生的前缘涡的强度,并扩大前缘涡增升的有效机翼迎角范围,最终导致适当前掠的小翼羽对机翼的增升效果更好.

关键词：

小翼羽掠角风洞粒子图像测速前缘涡增升流动控制仿生流体力学实验

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万方数据

基于光滑粒子流体动力学的波浪中航行体入水数值模拟

管祥善孙鹏楠李江昊孙龙泉...

85-95页

查看更多>>摘要：航行体在波浪条件下高速入水的运动响应和载荷特性是其研发设计过程中需要重点考虑的问题,为了对该问题进行精准预测,采用无网格光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法,提出了一种新型周期性波浪边界技术,利用四元数法计算物体六自由度运动,建立了波浪条件下入水模拟的数值水池.通过对静水中方块体垂直落水和航行体倾斜入水运动轨迹和冲击载荷的模拟,对比于实验参考结果,验证了数值模型的计算精度.随后,在SPH数值波浪水池中对航行体在不同波浪相位角下的高速入水过程开展研究,结果表明航行体弹道稳定性受到波浪相位角影响显著,0°相位角入水时弹道最为稳定.该新型SPH数值水池能够实现航行体波浪中入水过程的精确预报.

关键词：

光滑粒子流体动力学航行体入水周期性边界造波四元数法

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基于CFD的并列超空泡射弹高速斜入水流体动力特性研究

韩可新刘海晓漆超陈志宏...

96-110页

查看更多>>摘要：在对水下目标连续、密集的打击过程中常常涉及到多体间的运动干扰和空泡非定常耦合等问题,使得流场结构和运动特性变得复杂.为分析并行超空泡射弹高速入水过程中流场的相互干扰规律,采用CFD方法建立并列弹高速斜入水流体动力特性研究数值模型,同时将并列弹与单个弹的计算结果进行对比,明确并列弹高速入水空泡形态和流场分布与单个弹的差异,并进一步给出弹间干扰特性随并列弹轴线间距的变化规律.计算结果表明:较单个弹入水过程,随着轴线间距的减小,并列弹的流体动力特性变化复杂;当轴线间距增大至 G = 4 时,并列弹的流体动力特性与单个弹差异不再显著.并列弹高速入水时,双空泡形态呈现镜面对称特性,内侧空泡受挤压贴近弹体表面,随轴线间距的增加,空泡间的干扰作用逐渐减弱;高压区和低速区主要存在于射弹头部,且轴线间距较小时,出现高压区重叠现象;随着轴线间距减小,内侧空泡压力、速度分布对空泡演化的影响程度在入水深度较深位置更为明显.由于射弹表面内外侧压差的作用,使射弹姿态产生显著变化,表现为弹头相互排斥,弹尾靠拢.

关键词：

并联斜入水空泡演化弹间干扰数值模型流体动力特性

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不同厚度航行器高速入水冲击载荷及壳体变形特性

赵海瑞施瑶潘光黄桥高...

111-125页

查看更多>>摘要：航行器高速入水过程中,壳体受冲击载荷作用将产生大变形,而大变形又反过来影响航行体的受力状态.为了了解航行体结构受入水冲击的动态响应特性,基于结构化任意拉格朗日-欧拉(structured arbitrary Lagrange-Euler,S-ALE)算法研究了航行器撞水阶段壳体所受冲击载荷与变形的关联性,获取了壳体变形模式,并分析了壳体厚度对变形的影响规律.结果表明:壳体内凹大变形将增大航行器所受法向载荷,载荷峰值的脉宽虽为"毫秒级",但对壳体变形具有较大影响.入水速度较低时,壳体变形模式以弹性变形为主,变形区域在上凹和下凸间不断转换,增大壳厚,结构主要通过减小脉宽来抑制变形;入水速度较高时,壳体变形模式以塑性变形为主,依次出现内凹区、拉伸区和卷曲压缩区,随形变量增大,拉伸区不断扩张,而卷曲压缩区不断后移,其中内凹变形受斜入水影响向y+方向偏斜,而卷曲压缩区在壳厚较小时出现S形卷曲对,增大壳厚,结构主要通过减小峰值来抑制变形.航行器斜入水内凹变形非对称性的内在机理为弹性应变与塑性应变的叠加效应,当冲击能量不变时,增大壳厚提升了内凹区壳体对冲击能量的吸收能力,减小了拉伸和卷曲压缩形变量,此为总形变量随壳厚增加而减小的内在机理.本文得到的航行器入水载荷及变形结果,可为相关领域的研究提供参考与支持.

关键词：

潜航器高速入水壳体厚度冲击载荷变形

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