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力学学报 2015年第4期47卷 596-604页

作者：常兴华马戎张来平赫新中国空气动力研究与发展中心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计算空气动力研究所绵阳621000

以动态混合网格技术为基础,通过耦合求解刚体动力学方程、流体力学控制方程以及飞行控制律,建立了适用于飞行器"虚拟飞行"过程研究的一体化数值模拟技术.通过典型的外挂物投放算例对流体力学控制方程/动力学方程的耦合算法进行了测试,... 详细信息

以动态混合网格技术为基础,通过耦合求解刚体动力学方程、流体力学控制方程以及飞行控制律,建立了适用于飞行器"虚拟飞行"过程研究的一体化数值模拟技术.通过典型的外挂物投放算例对流体力学控制方程/动力学方程的耦合算法进行了测试,并对某导弹的姿态角控制过程、过载控制过程以及变马赫数条件下的控制过程进行了数值模拟,得到了与实验非常一致的结果.这些算例证明该一体化算法已经初步具备了针对复杂飞行器"数值虚拟飞行"的应用能力.

关键词：数值虚拟飞行动态混合网格技术非定常流动耦合算法飞行稳定性和控制

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虚拟飞行中气动、运动和控制耦合的数值模拟技术

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力学进展 2014年第1期44卷 376-417页

作者：张来平马戎常兴华赵钟赫新中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所四川绵阳621000

随着计算机科学和计算流体力学的发展,以非定常数值模拟为核心,开展气动/运动/控制等多学科耦合的"数值虚拟飞行"模拟成为可能.数值虚拟飞行有助于飞行器设计师在设计之初和整个设计过程中分析和评估飞行器的非线性飞行力学和稳定性与... 详细信息

随着计算机科学和计算流体力学的发展,以非定常数值模拟为核心,开展气动/运动/控制等多学科耦合的"数值虚拟飞行"模拟成为可能.数值虚拟飞行有助于飞行器设计师在设计之初和整个设计过程中分析和评估飞行器的非线性飞行力学和稳定性与控制性能.该文综述了国内外数值虚拟飞行中"气动/运动/控制"耦合的一体化模拟技术的研究进展,分析了其中的关键科学和技术问题,重点介绍了气动/运动/控制耦合一体化计算方法,并介绍了作者在一体化耦合计算方法方面取得的进展及初步应用情况.最后探讨了数值虚拟飞行中的一些挑战性问题,并对未来发展趋势进行了展望.可以预期,随着E级计算的到来,在不久的将来,数值虚拟飞行将给新型飞行器设计带来革命性的变化.

关键词：数值虚拟飞行非定常流动动态网格技术飞行力学机动飞行耦合计算稳定性及控制

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海鸥扑翼过程流体力学机制的数值分析

海鸥扑翼过程流体力学机制的数值分析

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第九届全国流体力学学术会议

作者：常兴华赫新马戎张来平中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所

本文针对海鸥的扑翼过程开展了数值研究。首先对简化的二维翼型俯仰-沉浮过程进行了数值模拟,分析了下拍时间、翼型等因素对扑翼过程能耗、升力系数的影响,探讨了扑翼过程升力、推力产生的流体力学机制。在此基础上,对较为真实的三维扑...

本文针对海鸥的扑翼过程开展了数值研究。首先对简化的二维翼型俯仰-沉浮过程进行了数值模拟,分析了下拍时间、翼型等因素对扑翼过程能耗、升力系数的影响,探讨了扑翼过程升力、推力产生的流体力学机制。在此基础上,对较为真实的三维扑翼过程进行了数值模拟,着重分析了翼的展向扭转机制对其升阻力、能耗的影响。海鸥翼的流向截面采用了S1223翼型,并采用了简化的两段翼模型来近似模拟海鸥的柔性扑翼过程。数值模拟采用了动态混合网格技术以及非定常数值计算方法。为了提高动态混合网格技术的工程适用能力,采用了区域分解的思路:首先根据实际计算需求将网格区域进行分解,之后在不同的区域内采用最为合适的网格变形方法,以提高动态混合网格技术的整体生成效率。针对本文的扑翼过程,采用了基于径向基函数的网格变形方法。该方法具有优越的网格变形能力,并通过控制点筛选策略选择一定规模的物面控制点,在保证物面变形精度的前提下提高了空间网格点的变形效率。

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“虚拟飞行”数值模拟技术研究及初步应用

“虚拟飞行”数值模拟技术研究及初步应用

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第八届全国流体力学学术会议

作者：常兴华马戎赫新张来平中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所

该文在作者课题组以往的动态混合网格技术和非定常计算方法研究的基础上,建立了耦合动态混合网格技术、非定常NS方程、六自由度动力学方程、飞行控制律的一体化数值模拟技术,初步构建了针对"虚拟飞行"问题的数值模拟平台。其中的动态混... 详细信息

该文在作者课题组以往的动态混合网格技术和非定常计算方法研究的基础上,建立了耦合动态混合网格技术、非定常NS方程、六自由度动力学方程、飞行控制律的一体化数值模拟技术,初步构建了针对"虚拟飞行"问题的数值模拟平台。其中的动态混合网格技术综合利用了弹簧松弛法、背景网格映射法、局部网格重构技术,解决了大位移、大变形问题的动态网格生成难题;非定常NS方程、动力学方程、飞行控制律通过"松耦合"的方式进行一体化计算。此外,数值模拟平台的建设采用C+十面向对象的程序设计思想,并实现了各模块之间的灵活调度,为"虚拟飞行"技术的进一步发展打下了良好的基础。

关键词：数值虚拟飞行动态混合网格非定常流动六自由度运动耦合计算方法

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基于动态混合网格的气动/运动耦合计算方法研究

基于动态混合网格的气动/运动耦合计算方法研究

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第八届全国流体力学学术会议

作者：马戎常兴华何磊赫新张来平中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室

对流体力学和飞行力学方程的"松耦合"和"紧耦合"方法进行了研究。针对六自由度运动方程的求解,采用了线性多步法,在统一框架内同时实现了"松耦合"与"紧耦合"方法。在此基础上,建立了耦合动态混合网格生成、非定常流场计算、六自由度运... 详细信息

对流体力学和飞行力学方程的"松耦合"和"紧耦合"方法进行了研究。针对六自由度运动方程的求解,采用了线性多步法,在统一框架内同时实现了"松耦合"与"紧耦合"方法。在此基础上,建立了耦合动态混合网格生成、非定常流场计算、六自由度运动方程求解的一体化计算方法。通过圆柱涡致自激振荡(vortex induced vibration,VIV)的模拟,对各种耦合算法的优劣及适用范围进行了评估。

关键词：非定常流动六自由度运动动态混合网格耦合算法涡致自激振荡

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鸟类扑翼运动的非定常运动初步数值模拟研究

鸟类扑翼运动的非定常运动初步数值模拟研究

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第七届全国流体力学学术会议

作者：赵钟段旭鹏常兴华赫新张来平中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室

鸟类扑翼运动是大自然中广泛存在的飞行方式,研究鸟类等扑翼运动生物的流动机理对现代变形飞行器的设计具有重要意义,其技术储备也可以直接转换为变形飞行器气动特性研究。本文在以往工作的基础上,发展了适应于鸟类扑翼飞行的动态混合... 详细信息

鸟类扑翼运动是大自然中广泛存在的飞行方式,研究鸟类等扑翼运动生物的流动机理对现代变形飞行器的设计具有重要意义,其技术储备也可以直接转换为变形飞行器气动特性研究。本文在以往工作的基础上,发展了适应于鸟类扑翼飞行的动态混合网格生成技术和不可压缩流非定常计算方法,对单段翼/两段翼形式的鸟类扑翼进行了初步的数值模拟。为了提高动态混合网格生成效率和动网格质量,本文改进了背景网格生成方式,避免了添加空间控制点所需的人工干预。本文侧重于上下扑翼方式,通过数值计算,初步探讨了鸟类飞行过程中对升力的影响因素。尽管如此,仍有诸多问题尚待解决。

关键词：鸟类扑翼非定常数值模拟动态混合网格生物仿生流体力学

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