摘要：A CFD-based Numerical Virtual Flight(NVF)simulator is presented,which integrates an unsteady flow solver on moving hybrid grids,a Rigid-Body Dynamics(RBD)solver and a module of the Flight Control System(FCS).A technique of dynamic hybrid grids is developed to control the active control surfaces with body morphing,with a technique of parallel unstructured dynamic overlapping grids generating proper moving grids over the deflecting control surfaces(*** afterbody rudders of a missile).For the flow/kinematic coupled problems,the 6 Degree-Of-Freedom(DOF)equations are solved by an explicit or implicit method coupled with the URANS CFD *** module of the control law is explicitly coupled into the NVF simulator and then improved by the simulation of the pitching maneuver process of a maneuverable missile model.A nonlinear dynamic inversion method is then implemented to design the control law for the pitching process of the maneuverable missile *** and analysis of the pitching maneuver process are carried out by the NVF simulator to improve the flight control *** control response performance is obtained by adjusting the gain factors and adding an integrator into the control loop.

摘要：本文简要回顾了中国的CFD史,早在20世纪70年代,在钱学森教授的建议下,一些中国学者对计算流体动力学(CFD)这一新型学科产生了浓厚兴趣并开始研究。从那时起,中国的CFD逐渐发展繁荣起来,特别是从世纪之交,中国CFD非常活跃,为航空航天和其他民用领域做出了巨大贡献。在中国,特别注重CFD的研究与物理分析的结合。本文首先介绍了M5 A的概念,它概括了中国CFD的主要研究领域;随后,介绍了设计格式的原则,以此原则为指导发展了一系列格式,比如NND格式、ENN格式和紧致格式。最近,发展了一系列高阶精度数值格式并应用于实际外形的复杂流动计算。再后,讨论了求解气动方程的网格尺寸准则。最后,回顾了如流动分离、流动拓扑结构和结构稳定性理论、旋涡沿其轴向演化和Hopf分叉理论、动导数和飞行稳定性等代表性工作。

摘要：主要介绍了结构/非结构混合CFD软件HyperFLOW的设计开发与验证。HyperFLOW软件在结构网格上采用结构算法,在非结构网格上采用非结构算法,以充分利用两种网格及解算器的优点。首先介绍了软件的体系结构和基本算法,然后采用NASA Trap-Wing高升力外形和DLR-F6翼身组合体,对软件的结构解算器和非结构解算器进行了验证。结果表明,该软件的结构解算器和非结构解算器均有较好的网格收敛性,计算结果与其他参考结果和试验数据均符合较好,具有可接受的可信度。

摘要：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.

摘要：针对大型通用CFD软件研制的需求,为了提升CFD软件的开发效率,初步设计与开发了一个CFD软件自动化测试平台。该平台基于MySQL数据库,通过前台界面和远程集群后台管理程序的网络信息交互,实现了自主研发的通用CFD软件平台(HyperFLOW)的自动测试及验证与确认。根据需要适当修改前置处理接口,该平台亦可推广应用于其他CFD软件的自动测试。本文重点介绍了平台的基本框架和总体设计思路、平台的数据库和前台管理GUI设计、网络交互和后台管理等,并利用典型算例对计算结果的验证与确认过程进行了简要介绍,最后对平台构建的后续工作进行了展望。

摘要：扑翼的非定常流动及气动特性分析对微型飞行器设计具有重要意义。本文采用动态混合网格技术以及非定常数值计算方法,对海鸥翼的拍动过程进行了数值研究。采用基于径向基函数的插值技术实现网格的变形,为了提高插值效率,发展了基于最大物面误差的参考点选择算法。基于文献观测数据建立了海鸥翼的三维模型,并设计了相应的拍动以及变形规律,对拍动角、折转角的影响进行了分析。分析结果表明,折转角可以减小上拍过程的不利影响,对提高整个扑翼周期的时均升力、减少时均阻力和能耗是有益的。进一步通过调整折转的相位来增加翼的折转时间,并减少其展开的时间,对提高扑翼过程的平均气动力特性是有益的。

摘要：计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)数值模拟在航空航天等领域发挥越来越重要的作用,然而CFD数值模拟结果的可信度仍然需要通过不断地验证与确认来提高.本文给出了从制造解精度测试、简单到复杂外形湍流模拟网格收敛性研究等三个方面开展CFD软件验证与确认的方法,并对自主研发的CFD软件平台HyperFLOW在非结构网格上模拟亚跨声速湍流问题的能力进行了验证与确认.首先通过基于Euler方程和标量扩散方程的制造解精度测试,分别验证了HyperFLOW在非结构网格上对Euler方程和黏性项的求解精度,结果表明其能够在任意非结构网格上达到设计的二阶精度.其次,通过NASA Turbulence Modeling Resource中的湍流平板、二维翼型近尾迹流动、二维Bump等几个典型的亚声速湍流算例的网格收敛性研究,量化考察了数值结果的观测精度阶和网格收敛性指数,并与国外知名CFD解算器CFL3D,FUN3D的计算结果进行了对比,验证了HyperFLOW对简单湍流问题的模拟能力,且具有良好的网格收敛性和计算精度(阶).最后,通过NASA Common Research Model标模定升力系数的网格收敛性研究和升阻极曲线预测,验证了软件在复杂外形亚跨声速湍流流动数值模拟中也具有良好的可信度.

摘要：DG／FV 混合方法因其具有紧致性、易于推广至高阶及相比同阶 DGM 计算量、存储量小等优点，已成功应用于一维／二维标量方程和 Euler 方程的求解。在此基础上，将该方法推广于二维三角形／矩形混合网格上的 Navier-Stokes 方程数值模拟，将格式形式精度提高至4～5阶。物理量的空间重构及离散使用 DG／FV 混合重构方法；无粘通量计算采用 Roe 格式；粘性通量计算采用 BR2格式；时间方向离散采用高阶显式 R-K 方法或隐式方法。利用该方法计算了有解析解的 Couette 流动问题以验证几种格式的数值精度阶，并计算了层流平板流动和定常、非定常圆柱绕流问题等经典算例。计算结果表明 DG／FV 混合方法达到了设计的精度阶，在较粗的网格上亦能得到高精度的计算结果；定性分析和数值结果表明相比同阶 DG 方法单步计算量减少约40％。

摘要：网格生成和自适应是制约计算流体力学未来发展的瓶颈问题之一,网格生成自动化和智能化仍是一个需要持续研究的领域.随着高性能计算算力的提升和大数据时代的到来,以机器学习为代表的人工智能方法已经成功应用于包括流体力学在内的多个领域,革命性地推动了这些领域的发展.本文首先简要综述机器学习方法在非结构网格生成领域的研究进展,分析基于机器学习进行非结构网格生成的关键问题;其次,设计非结构网格样本数据格式并实现了样本数据集的自动提取,通过结合人工神经网络和阵面推进法,初步发展了一种基于人工神经网络的二维非结构网格阵面推进生成方法;最后,采用新发展的方法生成了几个典型二维各向同性非结构三角形网格(二维圆柱、二维NACA0012翼型和30p30n三段翼型),进一步采用合并法生成了相应的三角形/四边形混合网格,并测试了网格质量和生成耗时,结果显示本文方法生成的网格质量可以达到商业软件的水平,且生成效率较传统阵面推进法提高30%.

摘要：DG／FV 混合方法因其具有紧致、易于推广获得高阶格式及相比同阶精度 DG 方法计算量、存储量小等优点，自提出以来已成功应用于一维、二维标量方程和 Euler／N-S 方程的求解。综述了 DG／FV 混合方法的研究进展，重点介绍了 DG／FV 混合方法的空间重构算法、针对 RANS 方程的求解方法、隐式时间离散格式、数值色散耗散及稳定性分析、计算量理论分析，并给出了系列粘性流算例的计算结果，包括用于验证混合方法数值精度的库埃特流，以及方腔流、亚声速剪切层、低速平板湍流、NACA0012翼型湍流绕流等。数值计算结果表明 DG／FV 混合方法达到了设计的精度阶，且相比同阶 DG 方法计算量减少约40％，而隐式方法能大幅提高定常流的收敛历程，较显式 Runge-Kutta 的收敛速度提高1～2个量级。