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基于二维非结构网格的GMRES隐式算法

西北工业大学学报 2007年第5期25卷 630-635页

作者：李春娜叶正寅王刚西北工业大学航空学院翼型叶栅空气动力学国防科技重点实验室陕西西安710072

将广义极小残差GMRES(Generalized Minimum RESidual)隐式算法应用到二维非结构网格上,并结合LU-SGS(Lower Upper-Symmetric Gauss-Seidel)方法对所求解方程组的残值向量进行预处理,发展了一套高效、可靠的二维Euler方程的求解器。NACA0... 详细信息

将广义极小残差GMRES(Generalized Minimum RESidual)隐式算法应用到二维非结构网格上,并结合LU-SGS(Lower Upper-Symmetric Gauss-Seidel)方法对所求解方程组的残值向量进行预处理,发展了一套高效、可靠的二维Euler方程的求解器。NACA0012翼型和某四段翼型的2个算例,表明该隐式算法的计算效率要比传统的四步Runge-Kutta显式算法高出几十倍,与LU-SGS隐式算法的效率相比,该算法的效率高出近1个量级。应用了重启型的GMRES算法,并对2种构造系数Jacobian矩阵的方法进行了比较。

关键词：广义极小残差隐式算法非结构网格 LU—SGS算法重启型的GMRES算法

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倾斜/后掠叶片对风扇单音噪声的控制研究

推进技术 2019年第2期40卷 295-306页

作者：程颢颐乔渭阳王良锋仝帆王勋年西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129 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

为探索倾斜/后掠静子叶片对风扇单音噪声的降噪机理并指导低噪声风扇的设计,采用基于三维黏性非定常雷诺平均数值模拟(URANS)和管道声类比理论(Ducted Acoustic Analogy,DAA)的流场/声场混合计算模型(CFD/AA)研究了不同转子叶尖间隙、... 详细信息

为探索倾斜/后掠静子叶片对风扇单音噪声的降噪机理并指导低噪声风扇的设计,采用基于三维黏性非定常雷诺平均数值模拟(URANS)和管道声类比理论(Ducted Acoustic Analogy,DAA)的流场/声场混合计算模型(CFD/AA)研究了不同转子叶尖间隙、倾斜静子、后掠静子等对NPU-Fan单音噪声的影响。计算结果表明:随着叶尖间隙增加,在1BPF (Blade Passing Frequency)和2BPF处,风扇前传、后传气动噪声均会增加,且1BPF处单音噪声增量大于其它谐频。在研究倾斜及后掠叶片的降噪机制时,须将管道特征函数与声源的耦合过程包含在内,并且要考虑真实风扇的尾迹特性及其向下游的输运过程。风扇静子负倾斜可以提升风扇的气动效率,但会增加噪声的声功率级;正倾斜叶片能够降低噪声声功率级,但风扇气动性能会有所降低。随着倾斜角的增加,降噪量增大,当倾斜角为+30°时,各谐波阶次的降噪量均超过2.3dB。后掠静子叶片相较于倾斜设计具有更好的气动性能和降噪效果。30°后掠角对于各谐波阶次的前传噪声降噪量均大于6.3dB,降低后传噪声超过10dB。正倾斜及后掠静子的降噪效果与噪声谐波阶次、传播方向紧密相关,谐波阶次越高,降噪效果越明显。倾斜-后掠综合设计方案对于前传噪声拥有最好的降噪效果,其综合了倾斜和后掠两者的优点。

关键词：混合模型声类比单音噪声叶尖间隙倾斜/后掠静子叶片

一种高效的CFD/CSD耦合飞行器多学科优化设计方法

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航空动力学报 2014年第12期29卷 2898-2904页

作者：左英桃王晓鹏陈云陈刚高正红西北工业大学翼型叶栅空气动力学国防科技重点实验室西安710072 上海机电工程研究所上海201109 福建农林大学计算机与信息学院福州350002 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049

建立了一种基于CFD/CSD(computational fluid dynamics/computational structure dynamics)耦合的多学科优化设计方法.该方法采用结构有限元方程进行结构特性分析,同时采用数值求解N-S方程方法获得气动载荷,保证了设计结果的可信性,并... 详细信息

建立了一种基于CFD/CSD(computational fluid dynamics/computational structure dynamics)耦合的多学科优化设计方法.该方法采用结构有限元方程进行结构特性分析,同时采用数值求解N-S方程方法获得气动载荷,保证了设计结果的可信性,并采用基于代理模型的优化设计方法解决了采用高精度模型后计算量太大的问题.采用RBF(径向基函数)插值方法进行流固耦合界面数据插值,保证了传递过程中的能量守恒.利用建立的优化设计方法对一典型的翼身组合体进行了气动和结构优化设计,算例表明在满足约束条件的前提下优化后阻力和质量分别减小了5.0%和4.2%,证明了该方法的有效性.

关键词： CFD/CSD耦合翼身组合体多学科优化设计代理模型 RBF插值

一种隐式预处理方法及其在定常和非定常流动数值模拟中的应用

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计算物理 2009年第5期26卷 679-684页

作者：韩忠华宋文萍乔志德翼型、叶栅空气动力学国防科技重点实验室西北工业大学航空学院陕西西安710072

将Choi-Merkle矩阵预处理方法与LU-SGS隐式方法、双时间法以及多重网格方法结合,发展适用于绕飞行器定常和非定常粘性流动的高效隐式预处理计算方法和程序.介绍一种针对定常和非定常流动的LU-SGS隐式预处理方法的统一表述方法.在不改变... 详细信息

将Choi-Merkle矩阵预处理方法与LU-SGS隐式方法、双时间法以及多重网格方法结合,发展适用于绕飞行器定常和非定常粘性流动的高效隐式预处理计算方法和程序.介绍一种针对定常和非定常流动的LU-SGS隐式预处理方法的统一表述方法.在不改变流动解的前提下,对Navier-Stokes方程的伪时间导数项实施Choi-Merkle矩阵预处理,从而改善可压缩控制方程在低速情况下的系统刚性,使基于LU-SGS时间推进格式的数值模拟方法同时适用于从极低马赫数到可压缩范围内的数值模拟.对Jameson中心格式的人工粘性进行相应的修改,以提高低速流动的计算精度.翼型、机翼以及翼身组合体绕流的数值模拟研究表明,隐式预处理方法获得了很高的计算效率,可使马赫数0.1左右的低速流动计算时间减少50%以上;通过对现有可压缩计算程序进行小量改动,便可使其均匀覆盖整个低速流动范围,提高CFD程序在飞行器绕流数值模拟中的实用性.

关键词： Navier-Stokes方程预处理方法 LU-SGS格式多重网格方法数值模拟

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仿生学气动噪声控制研究的历史、现状和进展

空气动力学学报 2018年第1期36卷 98-121页

作者：乔渭阳仝帆陈伟杰王勋年陈正武西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129 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气动噪声控制重点实验室四川绵阳621000

飞机/发动机噪声控制技术是目前绿色航空概念的主要目标之一,也是航空领域大国间竞争的关键技术。经过半个多世纪气动声学理论和飞机/发动机噪声控制技术研究后,进一步降低飞机噪声遇到了技术瓶颈。湍流宽频噪声由于其物理机制的复杂性... 详细信息

飞机/发动机噪声控制技术是目前绿色航空概念的主要目标之一,也是航空领域大国间竞争的关键技术。经过半个多世纪气动声学理论和飞机/发动机噪声控制技术研究后,进一步降低飞机噪声遇到了技术瓶颈。湍流宽频噪声由于其物理机制的复杂性、流动过程的无法避免性和在飞机/发动机流场中存在的普遍性,已成为当前气动噪声控制的难点和重点。以"师法自然"为核心的仿生学气动噪声控制,得到了前所未有的重视和研究,为气动噪声控制提供了新的思想,并构成了气动噪声控制的新方向。以飞机/发动机湍流宽频噪声控制为对象,首先回顾了仿生学气动噪声控制技术的研究历史,并详细介绍了机翼/叶片尾缘和前缘的仿生学降噪研究现状和发展动态,分析了目前仿生学气动噪声控制理论和技术的主要问题及未来的研究重点和发展方向。

关键词：仿生学锯齿尾缘波浪前缘气动噪声宽频噪声

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双层梯度蜂窝吸波结构优化设计

推进技术 2022年第10期43卷 422-430页

作者：贺榆波杨青真施永强高翔王旭飞西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072

为了提高蜂窝结构的吸波特性,设计了一种带蒙皮和金属底板的双层梯度蜂窝吸波结构,并利用Hashin-Shtrikman (HS)模型获得其等效电磁参数。在此基础上,以反射率低于-10dB的带宽最大为优化目标,利用保收敛粒子群优化算法(Guarantee Conver... 详细信息

为了提高蜂窝结构的吸波特性,设计了一种带蒙皮和金属底板的双层梯度蜂窝吸波结构,并利用Hashin-Shtrikman (HS)模型获得其等效电磁参数。在此基础上,以反射率低于-10dB的带宽最大为优化目标,利用保收敛粒子群优化算法(Guarantee Convergence Particle Swarm Optimization,GCPSO)对四种不同排序方案的双层梯度蜂窝吸波结构进行优化设计。结果表明,入射电磁波的角度和极化方式以及吸波材料的选择、排序和厚度对双层梯度蜂窝结构的吸波性能有很大的影响;不同入射角度下Transverse Magnetic (TM)极化时的吸波特性明显优于Transverse Electric (TE)极化,在入射角为60°时最为明显;对比四种方案优化结果显示,Case 1方案由于选用损耗角较小的吸波材料充当透波层,分布于蒙皮下面,而选用损耗角较大的吸波材料作吸收层,并置于吸波结构底层,因而具有最大的优化目标函数,吸波效果最佳,且蜂窝高度仅为具有相同吸波效果的Case 3方案的49.44%。因此,选择Case 1方案作为本文最终优化结果。

关键词：梯度设计双层蜂窝结构吸波材料反射率优化设计阻抗匹配保收敛粒子群优化算法

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基于复合形方法的翼型优化设计研究

西北工业大学学报 2004年第6期22卷 795-799页

作者：刘战合宋文萍宋笔锋西北工业大学航空学院陕西西安710072

将流场分析程序和复合形优化方法耦合起来 ,发展了一种工程实用的翼型优化设计方法 ,用以提高翼型在多个设计点、在多种约束条件下的气动性能。通过求解 N- S方程得到升力、阻力、力矩系数等气动参数 ,并以这些参数的适当组合构成目标函... 详细信息

将流场分析程序和复合形优化方法耦合起来 ,发展了一种工程实用的翼型优化设计方法 ,用以提高翼型在多个设计点、在多种约束条件下的气动性能。通过求解 N- S方程得到升力、阻力、力矩系数等气动参数 ,并以这些参数的适当组合构成目标函数 ,利用复合形优化方法对形成的目标函数进行最优化。算例表明 ,文中给出的翼型优化设计方法设计质量高 ,计算结果稳定。

关键词： N-S方程复合形优化算法优化设计

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高亚声速吸附式叶栅气动特性实验研究

推进技术 2014年第5期35卷 591-596页

作者：史磊刘波曹志远李俊陆晓峰西北工业大学动力与能源学院/翼型叶栅国防重点实验室陕西西安710072

以高亚声速叶栅风洞为实验平台,建立了附面层抽吸系统,针对吸力面开槽的吸附式叶栅进行了系统的平面叶栅吹风试验。定量地分析了附面层抽吸对于叶栅气动特性的影响。试验结果表明,抽吸槽的存在恶化了叶型攻角特性,总压损失系数平均升高... 详细信息

以高亚声速叶栅风洞为实验平台,建立了附面层抽吸系统,针对吸力面开槽的吸附式叶栅进行了系统的平面叶栅吹风试验。定量地分析了附面层抽吸对于叶栅气动特性的影响。试验结果表明,抽吸槽的存在恶化了叶型攻角特性,总压损失系数平均升高了70%。通过附面层抽吸可以明显地减小栅后气流尾迹,改善叶型攻角特性。与原始叶型相比,当各工况抽吸流量处于实验最佳值时,吸附式叶型总压损失系数平均降低了20.5%,叶型扩散因子在来流为设计进口马赫数0.6时平均提高了70.7%。

关键词：吸附式叶栅附面层抽吸攻角特性扩散因子

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基于数据同化的试验数据驱动的叶栅流场预测

航空学报 2023年第14期44卷 107-122页

作者：刘锬韬李瑞宇高丽敏赵磊西北工业大学动力与能源学院西安710072 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072 西安交通大学航天航空学院西安710049

为了更精确地预测压气机叶栅流场,发展了一套基于两步集合卡尔曼滤波数据同化方法的试验数据驱动的流场预测框架。首先使用测试函数校验了集合卡尔曼滤波算法的准确性,并探讨了各超参数的选取准则,分别使用S-A和SST湍流模型对MAN GHH叶... 详细信息

为了更精确地预测压气机叶栅流场,发展了一套基于两步集合卡尔曼滤波数据同化方法的试验数据驱动的流场预测框架。首先使用测试函数校验了集合卡尔曼滤波算法的准确性,并探讨了各超参数的选取准则,分别使用S-A和SST湍流模型对MAN GHH叶栅在设计马赫数不同攻角工况下流场进行了试验数据驱动的流场预测,预测流场与试验测量结果高度相符。结果表明:相比原始参数的预测结果,数据同化校正后的流场与试验测量结果的偏差减小了将近70%;对于多数工况校正后流场叶片吸力面尾缘分离泡尺寸明显减小,分离起始点延迟,2种湍流模型校正流场的来流边界条件、流场物理量分布具有较高的一致性,表明试验数据驱动的流场对湍流模型的依赖性较低。

关键词：数据同化压气机叶栅集合卡尔曼滤波流场预测湍流模型