空气动力学学报

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2020, 38(5): 829-857. doi: 10.7638/kqdlxxb-2020.0072

[摘要](736) HTML(163) PDF(2014)

摘要:
CFD（computational fluid dynamics）在航空航天中的应用发展迅速、成效斐然，成为飞行器研制和空气动力学研究的重要手段。但另一方面，CFD在物理模型和计算方法等核心理论上的进步却显得步履蹒跚。为此，本文聚焦CFD在航空航天中的应用，从湍流模型、转捩模型、通量求解方法以及高阶格式等CFD关键问题评述其发展现状及面临的挑战。在湍流模型中，重点论述了常用的线性涡黏性模型的现状和特性，尤其是其不足，对比分析了更复杂的雷诺应力模型。在转捩模型中，主要包括低雷诺数湍流模型、间歇因子转捩模型和层流动能转捩模型等，重点介绍了各类模型的发展历程、构造方式和适用范围。在通量求解方法中，重点关注迎风通量格式，论述其在解决激波异常、overheating、全速域模拟、多维流动等问题方面的发展现状。在高阶格式中，主要关注WENO和DG等格式，论述其在计算精度、时间求解、激波捕捉、计算效率等性能方面的现状和问题。最后针对上述方向给出了简要总结和未来发展的建议等。

长航时高超声速飞行器的综合热效应问题

桂业伟, 刘磊, 魏东

2020, 38(4): 641-650. doi: 10.7638/kqdlxxb-2020.0078

[摘要](270) HTML(81) PDF(214)

摘要:
针对长航时高超声速飞行器，分析了气动力/热与结构响应耦合情况下，结构受热变形带来的综合热效应问题。讨论了加热量与温度的关系，指出了在经过长时间加热后温度趋向于稳定时，温度分布特性仍然对结构热安全具有重要意义；明确了用辐射模拟气动加热来进行大面积结构热响应研究的实验途径。论文还讨论了在长时间加热情况下的一些综合热效应问题，明确了在优化设计中要考虑变形带来的对布局和轨道控制的系统性影响；讨论了在耦合实验测量中需要研究发展的技术问题；指出了长航时飞行中热量管理需要关注的几何和物理量多尺度问题。对这些问题的讨论与展望，将对下一步深化长航时高超声速飞行器的热防护和其他相关问题的耦合研究提供参考。

桥梁若干流致振动与卡门涡街

张伟伟, 豆子皓, 李新涛, 高传强

2020, 38(3): 405-412. doi: 10.7638/kqdlxxb-2020.0088

[摘要](302) HTML(160) PDF(211)

摘要:
首先介绍了与桥梁流致振动相关的卡门涡街、涡致振动和颤振的概念。在此基础上，讲述历史上塔科马大桥风毁事件的研究争论，并再次澄清塔科马大桥风毁的直接原因是颤振而不是涡激共振。对虎门大桥振动问题，针对风工程领域中涡致振动问题的性质进行了讨论，指出限幅涡振问题，并伴随的锁频现象，本质上仍是结构自激振动问题，卡门涡街起到的是诱发而不是直接的推动作用。最后，对形形色色流致振动问题的差异和共性进行了讨论。

非稳态超声速燃烧研究进展

孙明波, 蔡尊, 王亚男, 赵国焱, 孙永超, 李佩波, 万明罡, 李亮

2020, 38(3): 532-551. doi: 10.7638/kqdlxxb-2020.0045

[摘要](310) HTML(115) PDF(146)

摘要:
超燃冲压发动机内部的超声速燃烧过程已经得到了持续和广泛的研究。随着研究的不断深入，超声速燃烧基础研究的关注热点，也逐渐从以火焰稳定过程为代表的准稳态过程，转到了以燃烧振荡过程为代表的非稳态过程。目前，非稳态超声速燃烧及其调控已经成为超燃冲压发动机迈向真正实用化所必需解决的问题。本文以非稳态超声速燃烧作为研究对象，分别针对超燃冲压发动机燃烧室中的声学振荡、流动诱导的燃烧不稳定、点火过程、火焰闪回以及近吹熄极限的火焰不稳定这五个典型非稳态超声速燃烧过程进行了系统的综述，梳理了近年来关于非稳态超声速燃烧过程的研究进展，分析了非稳态超声速燃烧过程机理并给出了一些模型及调控方法。最后，为下一步开展非稳态超声速燃烧研究提出了建议。

高超声速边界层转捩的若干问题及工程应用研究进展综述

段毅, 姚世勇, 李思怡, 余平

2020, 38(2): 391-403. doi: 10.7638/kqdlxxb-2020.0041

[摘要](301) HTML(108) PDF(280)

摘要:
高超声速飞行器绕流存在着激波、边界层、流动分离、稀薄气体效应和高温气体效应等多种复杂流动现象的空气动力学问题，其中高超声速边界层转捩既是空气动力学的基础问题，也是高超声速流动研究的热点和难点。若能对边界层转捩进行准确预示及有效控制，则可以实现对飞行器气动力热特性的精细设计，改进飞行器性能，提高任务执行能力。文章针对工程中具有复杂外形飞行器存在的典型失稳特征进行了研究进展回顾，提出了工程实际中亟需解决的复杂边界层转捩问题，明确了高超声速边界层转捩研究的工程应用方向。文章最后还对高超声速边界层的流动控制进行了回顾，以期在今后高超声速飞行器设计中实现对边界层的流动控制，提高飞行器的飞行性能。

关于旋涡定义的思考

吴介之, 杨越

2020, 38(1): 1-8. doi: 10.7638/kqdlxxb-2019.0171

[摘要](306) HTML(88) PDF(745)

摘要:
针对旋涡定义这个长期未解决的难题，在分析历史上提出的几种思路的基础上，本文提出：定义旋涡的总目标，应当体现其管状运动形态，并与其作为流体运动肌腱的动力学功能有机结合；该定义应能以统一的方式覆盖经典涡动力学业已成熟的结果，并且指引对湍流中复杂涡状结构及其相互作用的识别。据此，本文根据涡量场演化的已知规律，提出了旋涡的一个动力学定义，作为继续深化讨论的参考。同时提出，人们针对湍流结构研究构造的各种涡判据，虽然对湍流涡状结构的可视化起了重要作用，但因其难以遵循管式涡量场的因果演化而无法取代完备的涡定义。相比之下，近十年来形成的涡量面理论，有望在未来发展中使旋涡的定义和检验问题回归涡量动力学的自然规律。

先进战斗机过失速机动模型飞行试验技术

何开锋, 刘刚, 毛仲君, 汪清, 贾涛, 章胜

2020, 38(1): 9-20. doi: 10.7638/kqdlxxb-2019.0088

[摘要](168) HTML(158) PDF(1404)

摘要:
具有过失速机动能力的战斗机在近距空战中能够取得快速占位、先敌瞄准、有效规避攻击的战术优势，是先进战斗机的标志性性能要求。模型飞行试验技术作为空气动力学研究三大手段之一，在解决飞行器技术难题、实现技术创新方面发挥了重要作用。本文介绍了中国空气动力研究与发展中心利用带动力自主控制模型飞行试验平台发展的过失速机动模型飞行试验技术，以及开展的先进战斗机构型典型过失速机动模型飞行试验，分述了在大迎角非定常气动建模、宽量程气流系参数测量、大迎角非线性控制、推力矢量控制、大迎角非定常气动参数辨识方面的研究工作与解决这些关键问题的技术途径。通过此项研究，在国内首次实现了先进战斗机构型缩比模型典型过失速机动飞行，相关研究成果可为先进战斗机实现过失速机动飞行能力提供有力的技术支撑。

不可压壁湍流中基本相干结构

杨强, 袁先旭, 陈坚强, 涂国华

2020, 38(1): 83-99. doi: 10.7638/kqdlxxb-2019.0117

[摘要](155) HTML(32) PDF(361)

摘要:
条带和流向涡作为壁湍流中的两类基本相干结构，对于理解壁湍流的生成演化具有重要意义。本文首先回顾了充分发展不可压壁湍流中，这两类基本相干结构从近壁区到远壁区、从低雷诺数到高雷诺数的发现、发展历程，并着重点论述其自相似和自维持的两个核心特征。然后，进一步讨论基于湍流自维持过程发现的一系列精确相干态，从N-S方程不变解的角度精确地描述了条带和流向涡构成的自维持单元。精确相干态同时具有自维持和自相似特征，且维度更低，构成了充分发展壁湍流的骨架，为采用动力系统理论研究壁湍流奠定了基础。近些年，精确相干态在解释亚临界转捩方面也获得了较大成功，为转捩的研究提供了新的视角，有望从动力系统角度关联湍流与转捩两个经典问题。

槽流的亚临界转捩与局地湍流

陶建军

2020, 38(1): 128-136. doi: 10.7638/kqdlxxb-2019.0159

[摘要](145) HTML(22) PDF(210)

摘要:
在中低雷诺数时，处于线性稳定的槽道流若受到强扰动可发生亚临界转捩变为湍流。近年人们对该类转捩机理的研究取得重要进展。对于平板泊肃叶流，亚临界转捩之初是稀疏湍流态，其特征结构是远间隔的包含小尺度涡和高低速条带的大尺度的湍流带，可倾斜伸长。该阶段的湍流占比有上限但并非雷诺数的单值函数。随着雷诺数的增加转捩进入平衡局地湍流态，即存在统计定常态，其湍流占比是雷诺数单值函数，可由定向逾渗模型描述。进一步增加雷诺数，湍流带的分裂愈发频繁，最终流场会布满湍流带，在更高的雷诺数时变为均匀湍流。论文概述了为比拟亚临界转捩过程所提出的动力学模型，以及为定量表征管流、平板库艾特流和平板泊肃叶流转捩过程的相似性所提出的局地稳定性参数，并在最后对槽道流亚临界转捩研究的发展做了简要展望。

高超声速边界层流动稳定性实验研究

易仕和, 刘小林, 牛海波, 陆小革, 何霖

2020, 38(1): 137-142. doi: 10.7638/kqdlxxb-2019.0129

[摘要](177) HTML(40) PDF(178)

摘要:
高超声速条件下边界层转捩相关研究是近年来空气动力学领域的研究热点。通过采用基于纳米粒子示踪平面激光散射（Nano-tracer-based planar laser scattering，NPLS）技术以及温敏漆等测试技术，对高超声速边界层的流动稳定性开展了实验研究。通过NPLS技术，对圆锥边界层中第二模态波精细结构进行了测量，并基于时间相关的测量结果，对第二模态波的波长和频率进行了分析。针对裙锥边界层NPLS结果，计算了特定位置上功率谱空间分布结果，测量得到了高次谐波成分。通过温敏漆和NPLS结果，发现主导三角翼前缘边界层转捩的模态为行进横流模态，分析了该模态的特性，并且与Kulite传感器测量得到的频率进行比较。

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2020年度优秀论文