空气动力学学报

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2018, 36(6): 984-994. doi: 10.7638/kqdlxxb-2018.0060

[摘要](289) HTML(82) PDF(253)

摘要:
近年来高超声速飞行器气动弹性（尤其是热气动弹性）问题的关注度不断增强，相关内容已成为学术界的重点研究方向。本文旨在总结高超声速气动弹性问题的近期研究成果，并对进一步发展做出展望。首先从三个方面综述了气动弹性的计算方法：气动力的计算、常温下气动弹性求解方法及热环境下气动弹性的研究方法。然后，按照工程实际中出现的相关问题，将高速飞行器的热气动弹性问题分为与外流相关的飞行器热气动弹性问题以及与内流道相关的热气动弹性问题，分别探讨其研究情况及未来发展。其中，比较详细地论述了围绕发动机相关的热气动弹性问题（包括冲压发动机内部的壁板颤振和火箭发动机喷管的气动弹性），指出该问题有可能成为未来一个重要的研究范畴。

跨流域空气动力学模拟方法与返回舱再入气动研究

李志辉, 梁杰, 李中华, 李海燕, 吴俊林, 戴金雯, 唐志共

2018, 36(5): 826-847. doi: 10.7638/kqdlxxb-2018.0121

[摘要](224) HTML(89) PDF(158)

摘要:
针对回收类航天器（返回舱）再入过程所遇跨流域多尺度非平衡绕流问题，综述基于Boltzmann方程碰撞积分物理分析与可计算建模，构造考虑完全气体、转动非平衡、含振动能激发热力学非平衡效应各流域统一Boltzmann模型方程，及由此建立返回舱再入气动力热绕流问题气体动理论统一算法研究进展与算法检验。作为方法兼验证结合，进一步简述了融合再入热化学稀薄气体电离非平衡流动DSMC方法、近连续过渡流区N-S/DSMC耦合算法、经滑移边界修正的N-S方程解算器、低密度风洞实验测试等多种空气动力学模拟手段，建立求解Boltzmann模型方程气体动理论统一算法（GKUA）、DSMC、N-S/DSMC、滑移N-S解算器、低密度风洞实验验证补充，适于返回舱再入从外层空间自由分子流到近地面连续流跨流域空气动力学一体化模拟平台。将此平台用于再入H=110~30 km各流域球体、高超声速尖前缘中空柱裙、返回式卫星球锥体、飞船返回舱稀薄过渡流以至近连续流区气动力/热与姿态配平绕流问题计算与实验分析比较，证实统一算法在高稀薄流区，与DSMC吻合很好；在连续流区，与（滑移）N-S解算器相一致；在中间过渡带，与N-S/DSMC耦合算法相容；具有全飞行流域很好的计算一致收敛性。简述了跨流域空气动力学几种模拟手段的适应性特点与展望，揭示了返回舱再入跨流域复杂高超声速流动变化规律。

气体动理学格式及其在再入问题中的应用

李诗一, 张潮, 谭爽, 李启兵, 符松

2018, 36(5): 885-890. doi: 10.7638/kqdlxxb-2018.0119

[摘要](104) HTML(33) PDF(180)

摘要:
介绍了气体动理学格式GKS在飞行器高超声速再入过程涉及的跨流域稀薄及湍流等复杂流动问题中的拓展和应用。GKS利用BGK方程的通解来计算单元界面上的通量，耦合了分子的自由运动和相互碰撞，内涵多尺度特性。本文发展了耦合多种湍流模式的拓展GKS，能对典型高超声速湍流进行有效模拟。基于通量重构CPR框架发展了非结构网格上的高精度格式CPR-GKS，在可压缩黏性流动中可以同时保持高精度和良好的激波捕捉能力。为模拟航天器再入过程中的跨流域稀薄流动，发展了适合大规模并行计算的高效UGKS，并在再入问题中得到了很好的应用。研究揭示了GKS在再入问题模拟中的优异性能及其广阔的应用前景。

气动声学和流动噪声发展综述：致初学者

钟思阳, 黄迅

2018, 36(3): 363-371. doi: 10.7638/kqdlxxb-2017.0150

[摘要](649) HTML(123) PDF(450)

摘要:
本文面向初学者介绍气动声学和流动噪声研究的过去和现况，以声比拟为主要线索展开讨论，澄清了一些常见概念和误区，并解释了代表性问题的气动发声机制，兼顾评述了计算方法和实验技术，最后展望了未来可能有所发展的研究方向。

含激波、旋涡和声波的复杂多尺度流动数值模拟研究

张树海, 李虎, 王益民

2018, 36(3): 449-462. doi: 10.7638/kqdlxxb-2017.0135

[摘要](100) HTML(55) PDF(161)

摘要:
近年来针对激波噪声计算，我们开展了较为系统性的数值方法研究，解决了计算激波噪声的一些方法上存在的问题。通过对典型问题的直接数值模拟，包括旋涡之间相互作用、激波与旋涡相互作用、激波与剪切层相互作用等模型问题和超声速喷流激波噪声问题，揭示了一系列激波噪声产生机理。本文对这些研究进行简要回顾。

动力学模态分解及其在流体力学中的应用

寇家庆, 张伟伟

2018, 36(2): 163-179. doi: 10.7638/kqdlxxb-2017.0134

[摘要](1307) HTML(217) PDF(1237)

摘要:
随着计算流体力学和先进流动测试技术的发展，流动的刻画越来越精细，伴随而来的海量流场信息的模态提取与复杂动力学特征的模型化成为当前流体力学的研究热点。动力学模态分解（Dynamic Mode Decomposition，DMD）作为一个全新的时空耦合型动力学建模方法，得到迅速推广。DMD是一种数据驱动的非定常流场模态分析手段，可以准确捕捉各个流动模态的频率及增长特性，并建立流场演化的动力学降阶模型，以重构或预测流场动力学过程。本文针对DMD在流体力学研究的应用问题，重点综述了DMD算法自提出以来的一系列改进以及对不同流动现象的应用，并通过典型测试算例说明DMD的应用过程。在此基础上，讨论了DMD的研究现状及未来发展方向。

高超声速边界层转捩研究现状与趋势

杨武兵, 沈清, 朱德华, 禹旻, 刘智勇

2018, 36(2): 183-195. doi: 10.7638/kqdlxxb-2018.0011

[摘要](211) HTML(43) PDF(586)

摘要:
在过去15年间，随着高超声速技术快速发展，边界层转捩也得到了更加广泛和深入的研究。人们对流向行波失稳、横流失稳、Görtler涡失稳等转捩机理取得了较深刻认识，发展了可供工程设计的转捩判据、e^N方法和转捩模型等转捩预测方法，建设了高超声速静风洞，并努力改善大口径常规风洞的流场品质，显著提升了地面风洞的转捩模拟能力和测试能力。未来，边界层转捩研究仍将紧跟高超声速飞行器发展趋势，在模型上更加关注椭锥和裙锥等外形；在机理上用PSE和DNS研究Mack模态与横流模态、Görtler涡模态、流动分离的共同作用；在预测方法上发展基于PSE的e^N方法、专用的转捩判据和更物理的转捩模型；在试验能力上进一步提高静风洞来流雷诺数和喷管口径，降低常规风洞背景噪声，发展点-面结合的转捩测试技术和时空高分辨率的流动显示技术。

面向层流减阻设计的转捩预测方法研究

宋文萍, 吴猛猛, 朱震, 吴涛, 聂晗, 范天伦, 韩忠华

2018, 36(2): 213-228. doi: 10.7638/kqdlxxb-2018.0035

[摘要](160) HTML(37) PDF(402)

摘要:
发展高效可靠的转捩预测方法是飞行器层流减阻设计的关键。本文针对未来飞行器对层流减阻设计的强烈需求，发展了三种工程实用的转捩预测方法，分别为基于线性稳定性理论的双e^N方法、基于流场当地变量的γ-Re_θ转捩模型和一种基于动模态分解的DMD/e^N转捩预测新方法。通过DLR-F4翼身组合体、镰刀形机翼及NLF0416自然层流翼型转捩预测算例的计算值与实验值对比，验证了所发展的转捩预测方法的正确性。以双e^N方法为例，将转捩预测方法与优化方法结合，开展了针对中短程民机的跨声速层流机翼优化设计研究。结果表明，优化机翼相对于基准机翼减阻效果明显，证明了本文发展的转捩预测方法有较强的工程应用价值。

高超声速流存在局部稀薄效应的一个判据及相应的流动特性

陈杰, 赵磊

2018, 36(1): 4-11. doi: 10.7638/kqdlxxb-2017.0179

[摘要](213) HTML(52) PDF(813)

摘要:
对于近空间高超声速飞行器的研制，计算流体力学（CFD）起着非常重要的作用。但若流场中存在必须考虑气体稀薄效应的地方，传统的CFD就要做相应的改变，这时首先遇到的问题将是判断是否需要考虑气体的稀薄效应的判据应该是什么?^[1]其次就是气体稀薄效应的影响表现在什么地方?如何在CFD中考虑这一效应?本文选取具有代表性的高超声速剪切流为研究对象，采用直接模拟Monte Carlo（DSMC）方法，对剪切强度和稀薄程度不断增强的流动，研究了分子运动速度分布函数以及剪切力的相应变化规律；找到了一个可以判别气体稀薄效应程度的无量纲参数Zh，以及传统连续介质模型下的剪切力和由DSMC所得剪切力随参数Zh的增大而出现的有规律性的差别。

动物飞行的空气动力学

孙茂

2018, 36(1): 122-128. doi: 10.7638/kqdlxxb-2017.0195

[摘要](215) HTML(42) PDF(959)

摘要:
昆虫、鸟和兽（蝙蝠）的飞行是由作用于其上的气动力所决定的。了解这些力的产生机制和规律，是研究相关动物的比较生理学、行为学、生态学及进化的基础，也能为发展新型飞行器提供仿生学指导。本文介绍了近二十余年来该领域的主要研究进展，并讨论未来发展趋势和需要开展的工作。文中依次讨论了昆虫、鸟类和蝙蝠拍动飞行的空气动力学机理；最后提出了今后5~10年的工作建议。

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