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基于气体运动论的差分算法对管道流动数值研究

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应用数学和力学 2009年第7期30卷 833-846页

作者：李志辉毕林唐志共中国空气动力研究与发展中心超高速研究所四川绵阳621000 国家计算流体力学实验室北京100191

从分析研究求解Boltzmann模型方程的气体运动论数值计算方法特点出发,设计了几种求解离散速度分布函数不同精度的差分显式与隐式气体运动论数值格式.通过对不同Knudsen数下一维非定常激波管内流动、二维槽道流问题计算研究与应用测试,... 详细信息

从分析研究求解Boltzmann模型方程的气体运动论数值计算方法特点出发,设计了几种求解离散速度分布函数不同精度的差分显式与隐式气体运动论数值格式.通过对不同Knudsen数下一维非定常激波管内流动、二维槽道流问题计算研究与应用测试,分析了不同差分格式数值离散效应对计算结果的影响,研究讨论了提高气体运动论数值算法计算效率的途径和差分离散处理所适用的计算准则等问题.

关键词： Bohzmann模型方程气体运动论数值计算离散速度坐标法激波管问题槽道流问题

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高超声速飞行器高温流场数值模拟面临的问题

航空学报 2015年第1期36卷 176-191页

作者：李海燕唐志共杨彦广石安华罗万清中国空气动力研究与发展中心绵阳621000

随着高超声速飞行器目标光辐射和电磁散射特性研究的发展和深入,高温流场特性日益引起人们的关注。由于高温流场特性研究中涉及到非常多的复杂气动现象,如气动加热、烧蚀、辐射、燃烧、化学反应以及湍流等,因此其数值模拟面临着诸多挑... 详细信息

随着高超声速飞行器目标光辐射和电磁散射特性研究的发展和深入,高温流场特性日益引起人们的关注。由于高温流场特性研究中涉及到非常多的复杂气动现象,如气动加热、烧蚀、辐射、燃烧、化学反应以及湍流等,因此其数值模拟面临着诸多挑战。这里基于连续流计算流体力学(CFD)技术和稀薄气体蒙特卡罗直接仿真(DSMC)方法,从化学物理模型建模、方法稳定性与数值求解效率出发,分析了高超声速飞行器外部绕流、尾迹和发动机喷焰三方面的流场特性数值模拟在不同弹道、热防护手段和飞行流域环境下所面临的问题。在此基础上提出了数值求解技术和化学物理模型建模今后需要发展的方向,为有效提高高超声速高温流场特性数值模拟效率、增加流场特性预测精度提供了指导,从而为研究流场对高超声速飞行器目标光辐射和电磁散射特性影响提供有效的基础数据。

关键词：高超声速飞行器高温数值模拟非平衡高超声速流动尾迹喷焰

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X-37B的发展现状及空气动力技术综述

实验流体力学 2015年第1期29卷 1-14,24页

作者：孙宗祥唐志共陈喜兰钟萍刘晓波中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

X-37B的研制和试验国内外一直高度关注。X-37B作为跨大气层飞行器,从空气动力技术角度分析其研究工作很有意义。介绍了X-37B的发展历程,分析了战略用途,并重点介绍了涉及的一些关键气动技术,如气动布局设计优化、气动舵面/RCS/OMS复合... 详细信息

X-37B的研制和试验国内外一直高度关注。X-37B作为跨大气层飞行器,从空气动力技术角度分析其研究工作很有意义。介绍了X-37B的发展历程,分析了战略用途,并重点介绍了涉及的一些关键气动技术,如气动布局设计优化、气动舵面/RCS/OMS复合控制设计、热防护技术、气动辅助变轨技术等,对其利用三大手段开展的研究工作也作了简要介绍,最后简要总结了X-37B研制过程中的一些经验教训。

关键词： X-37B 发展现状空气动力学气动布局气动控制气动辅助变轨热防护

Gas-kinetic numerical schemes for one- and two-dimensional inner flows

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Applied Mathematics and Mechanics(English Edition) 2009年第7期30卷 889-904页

作者：李志辉毕林唐志共 Hypervelocity Aerodynamics Institute China Aerodynamics Research and Development Center National Laboratory for Computational Fluid Dynamics

Several kinds of explicit and implicit finite-difference schemes directly solving the discretized velocity distribution functions are designed with precision of different orders by analyzing the inner characteristics of the gas-kinetic numerical algorithm for Boltzmann model equation. The peculiar flow phenomena and mechanism from various flow regimes are revealed in the numerical simulations of the unsteady Sod shock-tube problems and the two-dimensional channel flows with different Knudsen numbers. The numerical remainder-effects of the difference schemes are investigated aad analyzed based on the computed results. The ways of improving the computational efficiency of the gaskinetic numerical method and the computing principles of difference discretization are discussed.

关键词： Boltzmann model equation gas-kinetic numerical schemes discrete velocityordinate method shock-tube problems channel flows

更准确、更精确、更高效——高超声速流动数值模拟研究进展

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航空学报 2015年第1期36卷 120-134页

作者：唐志共张益荣陈坚强毛枚良张毅锋刘化勇中国空气动力研究与发展中心绵阳621000

从准度、精度和效率3方面回顾了近几十年来高超声速流动数值模拟研究的进展。在物理模型方面,介绍了高超声速数值模拟中高温气体效应、稀薄气体效应以及湍流效应的建模与模拟,基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程重点对现阶段较为关注... 详细信息

从准度、精度和效率3方面回顾了近几十年来高超声速流动数值模拟研究的进展。在物理模型方面,介绍了高超声速数值模拟中高温气体效应、稀薄气体效应以及湍流效应的建模与模拟,基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程重点对现阶段较为关注的高超声速边界层转捩的模式理论研究进行了介绍。在空间离散算法方面,主要介绍了高超声速数值模拟中常用的二阶精度迎风格式以及高阶精度格式的发展及其应用。在时间推进方面,主要回顾了隐式时间推进方法的发展及其应用。在误差和不确定度估计方面,主要介绍了其概念、来源以及常用的分析方法,同时给出了迭代误差估计、Richardson外插法以及敏感性导数方法等初步研究结果。最后,讨论了高超声速流动数值模拟中下一步需关注的问题。

关键词：高超声速流动数值模拟物理建模数值方法误差不确定度

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新概念融合升力体气动布局设计优化方法研究

空气动力学学报 2015年第1期33卷 48-53页

作者：李治宇唐志共杨彦广袁先旭唐小伟中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

参考国内外高升阻比飞行器气动布局设计经验,针对进出空间飞行器的气动特性要求,开展跨速域高升阻比融合升力体气动布局(BLB)研究以适应进出空间飞行器的各种要求,在传统的翼/身外形的气动效率与纯升力体高容量效率之间寻求平衡。研究... 详细信息

参考国内外高升阻比飞行器气动布局设计经验,针对进出空间飞行器的气动特性要求,开展跨速域高升阻比融合升力体气动布局(BLB)研究以适应进出空间飞行器的各种要求,在传统的翼/身外形的气动效率与纯升力体高容量效率之间寻求平衡。研究表明通过构建融合升力体数模,研究气动外形的系统参数化描述方法,选择设计变量及变化范围,研究优化算法,建立融合升力体气动布局设计及优化工具,开展融合升力体气动外形优化设计是一种值得深入探讨的研究方法。本文主要通过优化平台集成数模参数化程序、网格自动化及基于Euler方程的快速流场求解程序进行优化设计并对优化结果进行分析计算,发展了一种快速有效的气动布局优化设计方法,设计了初步满足设计要求的新型高升阻比融合升力体气动布局。设计的新布局能为再入飞行器气动布局设计提供参考,所发展的优化设计方法计算速度快,成本低,可以为走向工程实用化的复杂外形气动布局优化设计打下技术基础。

关键词：融合升力体参数化升阻比优化设计

TSTO并联分离激波/边界层干扰流动特性分析

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空气动力学学报 2023年第5期41卷 87-97,I0002页

作者：范孝华张庆虎罗磊林敬周唐志共中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心绵阳621000

针对两级入轨飞行器的缩比模型,通过试验与数值模拟相结合的方式,在马赫数6条件下开展典型级间距状态的激波/边界层干扰流场研究,详细分析干扰区壁面及空间的流动结构与特性。结果表明:试验中模型壁面边界层在激波入射之前为层流状态,... 详细信息

针对两级入轨飞行器的缩比模型,通过试验与数值模拟相结合的方式,在马赫数6条件下开展典型级间距状态的激波/边界层干扰流场研究,详细分析干扰区壁面及空间的流动结构与特性。结果表明:试验中模型壁面边界层在激波入射之前为层流状态,在强激波干扰后迅速转捩为湍流状态,因此试验结果在第一道激波作用结束之前与层流计算结果吻合,而在第一道激波作用结束之后与湍流计算结果一致;激波/边界层干扰呈现复杂的三维流动特征和明显的开放结构,强激波在壁面形成的高压区呈弧状向下游展开,轨道级头部产生的入射激波在级间来回反射,强度依次递减;同时,干扰区内存在展向弯曲的主分离线与再附线、沿流向排列的二次分离线与再附线、流动剪切形成的旋涡结构以及包括鞍点、结点、焦点在内的临界点;层流边界层受到激波作用形成的分离区明显大于湍流边界层,同时开放特征更为显著。

关键词：两级入轨飞行器激波/边界层干扰三维流动特征开放结构干扰区

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不同迎角下脊形前体绕流数值模拟研究

空气动力学学报 2021年第2期39卷 53-61页

作者：陈浩袁先旭毕林华如豪司芳芳唐志共傅亚陆空气动力学国家重点实验室绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心绵阳621000

脊形前体有较强的背风涡流场,不同的前体形状对前体涡流场和气动力有很大的影响。本文针对脊形前体飞行器大迎角湍流大分离流动计算的困难,采用IDDES混合湍流模型,以及与之匹配的非定常算法,研究了不同来流迎角下脊形前体的气动特性,以... 详细信息

脊形前体有较强的背风涡流场,不同的前体形状对前体涡流场和气动力有很大的影响。本文针对脊形前体飞行器大迎角湍流大分离流动计算的困难,采用IDDES混合湍流模型,以及与之匹配的非定常算法,研究了不同来流迎角下脊形前体的气动特性,以及背风涡非定常演化、破裂的细致流动结构。选取了不同脊形角,以及不同上、下高宽比的脊形前体进行计算。计算结果表明,在迎角较小时,随着迎角的增大,前体主涡会逐渐增强,在迎角较大时,前体主涡破裂;在相同迎角下,脊形角较小时,前体涡较强,涡升力也更大;对于相同脊形角的前体,当上半截面高宽比较小时,前体主涡强度较大,前体涡破裂临界迎角较小,即会提前破裂。

关键词：脊形前体非定常算法 IDDES混合模型分离流动

高超声速技术发展对地面试验的要求和现状分析

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高超声速技术发展对地面试验的要求和现状分析