研究类型 |
应用基础研究 |
完成单位 署名排序 |
中国科学院力学研究所 |
本室参加的 固定人员名单 |
杨国伟、王发民、崔凯、陈春刚、郭迪龙、雷麦芳、杨焱等 |
是否保密 |
否 |
1、成果简介
以吸气式发动机为动力的高超声速飞行器飞行时,其激波和摩擦阻力急剧增加,进而引发飞行器的升阻比屏障、升阻比-热防护矛盾、阻力-容积率矛盾等一系列新问题。对于高超声速飞行器设计而言,既要保证飞行器的高性能,又要保证发动机的正常工作,因此必须采用一体化气动构型优化设计,是高超声速技术的关键问题之一。
实验室应用发展的乘波体设计方法、
2、主要成果和创新点
(1)在计算格式方面,将已有的高精度紧致格式(FC)与模拟激波间断流动的TVD格式、ENO格式、WENO格式结合,构造了无自由参数的3种高精度格式,提高了高速流动中连续和间断共存复杂流场技术模拟的准确性。其中包括二阶FC-TVD,三阶FC-ENO、FC-WENO格式、五阶FC-ENO、FC-WENO格式。另外,使用多矩方法,构建了一类具有局地重构特性的高精度数值格式。
(2)基于Metis网格分区方法,发展了混合网格的分区算法,保证载荷平衡,提出了一种网格块之间的分层MPI通信方式,能提高通信效率和减少通信拥堵。集成自主提出和目前常用的计算格式、湍流模型,建立了基于混合网格的CFD计算平台,该平台适合于复杂工程流场模拟,且并行计算效率达到90%。
(3)针对气动布局优化反复调用CFD软件计算气动性能,计算量难以承受的问题,发展了基于二次多项式和人工神经网络模型的CFD响应面模型,同时将同伦函数引入全局遗传优化算法。优化过程中,调用CFD响应面模型替代CFD直接计算,使基于CFD的复杂工程优化设计成为可能。
(4)提出了一种基于背景四面体网格变形的混合网格变形方法,解决了混合网格的变形困难和计算效率低下的问题。进一步发展了流体/结构耦合隐式时间推进方法、流体/结构数据转换方法,开发了基于混合网格的大规模并行计算的流/固耦合分析软件,为我国飞行器非线性流/固干扰研究提供的研究手段。
(5)通过自主开发CFD软件、流固耦合分析软件、CFD替代模型及优化算法的集成,建立了气动构型优化设计平台。
3、成果应用情况
(1)基于高超声速气动构型设计理论和优化方法,实验室分别针对乘波体外形和高超声速一体化构型开展研究,设计出了目前发表文献中升阻比最高的乘波体外形,风洞试验数据表明,其最大升阻比达5.93。在此基础上与发动机相结合,设计了高超声速飞行器一体化优化构型。相关技术申报国家发明专利两项,申请号200910085441.5和200910077354.5。研究进展为高超声速飞行器设计提供了支撑数据
(2)针对我国新一代高速列车设计性能指标要求,开展了新头型气动阻力、升力计算研究,为新一代高速列车研制提供了设计支撑数据。线路实车试验表明:新一代高速列车380A,时速350公里运行总阻力减少了6.1%,噪声下降了7%,尾车升力降低了51.7%、侧向力降低6.1%。完成了基于CRH3的新一代高速列车局部减阻定型设计,气动阻力减少8.67%,本项研究主要成员作为项目负责人承担了国家科技支撑计划项目“高速列车空气动力学优化设计及评估技术”,作为首席科学家成功申请了973项目“时速
(3)完成了某无人机静气动弹性性能优化设计、现役和正在研制的多个军用飞机型号的气动弹性研究任务、ARJ21民用飞机颤振边界预测,正在承担大飞机C919型架外形反设计研究和xxxx工程高超声速飞行器的热气动弹性研究。已将飞行器流固耦合分析平台在多家航空研究所推广应用。
4、重要引用或评价
(1)
(2)新一代高速列车380A,时速350公里运行总阻力减少了6.1%;
(3)项目主要成员被聘为“中国高速列车自主创新联合行动计划”总体专家组成员(2008年),入选新世纪百千万人才工程国家级人选(2009年),评为中国科学院先进生产工作者(2010年),作为首席科学家申请到973项目(2010年)。
5、成果清单
序号 |
成果类型 |
成果名称 |
完成人 |
刊物、出版社或 授权单位名称 |
年、卷、期、页或专利号 |
1 |
论文 |
Shape Optimization for Hypersonic Arc-wing Missiles |
Cui K, Yang GW |
Journal of Spacecraft Rockets |
2010, 47(4): 694-700 |
2 |
论文 |
Aerodynamic characteristics research on wide-speed range waverider configuration |
Wang FM, Ding HH, Lei MF |
Science in China E: Technological Sciences |
2009, 52(10):2903-2910 |
3 |
论文 |
Response Surface Technique for Static Aeroelatsic Optimization on a High-Aspect-Ratio Wing |
Yang GW, Chen DW, Cui K |
Journal of Aircrafts |
2009, 46(4): 1444-1450 |
4 |
论文 |
Euler Solution using Adaptive Cartesian Grid with a Gridless Boundary Treatment |
Xiang L, Yang GW |
Acta Mechanica Sinica Acta |
2009, 25(3): 187-196 |
5 |
论文 |
Hybrid finite compact WENO schemes for shock calculation, International, |
Shen YQ, Yang GW |
International Journal for Numerical Methods in Fluids |
2007, 53(4): 531-560 |
6 |
论文 |
The effect of conical flowfields on the performance of waveriders at Mach 6 |
Cui K, Yang GW |
Chinese Science Bulletin |
2007, 52(1): 57-64 |
7 |
论文 |
Waverider configurations derived from general conical flowfields |
Cui K, Zhao DX, Yang GW |
Acta Mechanica Sinica |
2007, 23: 247-255 |
8 |
论文 |
High-resolution finite compact difference schemes for hypersonic conservation laws |
Shen YQ, Yang GW, Gao Z |
Journal of Computational Physics |
2006, 216(1): 114-137 |
9 |
论文 |
Transonic aeroelastic numerical simulation in aeronautical engineering |
Yang G |
International Journal of Computational Fluid Dynamics, |
2006, 20(5): 339-347 |
10 |
论文 |
Numerical simulation and experimental investigation about internal and external flows |
Wang T, Yang GW, Huang GJ, et al |
International Journal of Computational Fluid Dynamics |
2006, 20(5): 315-322 |
11 |
论文 |
基于CFD分析的弧形翼导弹气动外形优化 |
崔凯,杨国伟 |
中国科学(G辑:物理学 |
2009,39(6):865-873 |
12 |
论文 |
CFD结合降阶模型预测阵风响应 |
杨国伟,王济康 |
力学学报 |
2008,40(2):145-153 |
13 |
论文 |
三角翼受迫俯仰滚转耦合运动的气动特性研究 |
郭迪龙,杨国伟,康宏琳等 |
空气动力学报 |
2007,25(1):65-69 |
14 |
软件登记 |
基于任意锥体流场的乘波体设计软件V1.0 |
崔凯 |
国家版权局 |
2009SR07444 |
15 |
软件登记 |
非线性反设计和参数识别工具箱软件NIP V1.0 |
崔凯 |
国家版权局 |
2010SR041456 |
附件: