增升装置的非定常地面效应数值模拟
现代大型民用飞机起飞着陆过程中，均使用增升装置来提高飞机的升力。起降过程中飞机将靠近地面飞行，由于离地高度持续发生变化，飞机将不可避免受到非定常地面效应的影响。本文基于非定常N-S方程和动网格技术，建立起增升装置的非定常地面效应数值模拟方法，研究气动力和流场的变化规律，可为增升装置的设计和性能评估提供理论依据，具有实际的工程应用价值。 飞机着陆过程的数值模拟会涉及到网格大变形，此时几何守恒律的离散计算过程中会出现累积误差不可忽略，并得到非物理结果的情况。针对这一问题，提出一种新的几何守恒律离散方法(Discrete Geometric Conservation Law, D-GCL)。误差分析表明，该方法在减小累积误差的同时能够保证数值计算的精度。 考虑到多块结构网格内部网格点变形主要由所属网格块边界网格变形决定，结合无限插值法和改进谢别德插值法，提出一种包含局部重构的动网格技术：首先采用插值精度较高的改进谢别德方法来计算各网格块边界上网格点的变形量，然后采用计算效率较高的无限插值法计算得到各网格块的面以及内部网格点的变形量，并根据实际情况利用局部网格重构提高大位移起降过程中网格分布的合理性。 在动网格技术的基础上，建立起二维非定常地面效应数值模拟方法，对单段、多段翼型的着陆过程进行计算，分析非定常地面效应对二维翼型气动力和流场的影响，并与定常(固定离地高度，不考虑下降速度)、准定常(固定离地高度，下降速度折合为来流迎角)地面效应进行对比分析。而后将二维计算方法扩展至三维，对单段机翼和带增升装置的某翼身组合体的匀速下降至靠近地面的过程分别进行了数值模拟，对飞行高度越来越低时非定常地面效应对飞机气动力的影响进行了研究，并与相应定常、准定常情况下的地面效应进行对比分析。 将增升装置的收放过程简化为前缘缝翼、后缘襟翼分别绕旋转轴转动的模型，基于非定常N-S方程和动网格技术，建立考虑地面效应情况下增升装置打开收起过程的非定常数值模拟方法，研究固定离地高度下不同转速的多段翼型、三维增升装置收放过程中的非定常流动，并与相应的定常结果进行对比分析。
增升装置;非定常地面效应;动网格技术;非定常N-S方程;有限体积法
南京航空航天大学
博士
流体力学
陆志良
2017
中文
V224.5
2020-04-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）