fluent超声速弹翼组合体干扰的数值模拟及气动特性分析(2)
4 超声速下弹翼组合体的空气动力学特性 14
4.1 引言 14
4.2 计算模型和条件 15
4.3 弹翼组合体的流场结构分析 15
4.4 弹翼组合体的气动特性分析 21
4.5 本章小结 24
5 论文总结 25
5.1 本文的工作总结 25
5.2 未来展望 25
致谢 26
参考文献 27
1 引言
1.1 课题研究的背景及意义
在超音速范围，由于气流围绕各部件流动特性的变化，弹翼与弹体间的干扰将成为弹翼组合体中各个部件干扰量中的主要部分。弹翼与弹体之间会产生负干扰，即不利干扰，这种不利干扰由弹体对弹翼的干扰所引起的，它的值的大小及出现的早晚，与组合体的几何外形、相对位置、马赫数等等有关，而产生负干扰的物理原因是由于气流通过弹体头冲波后的动量损失所致。计算流体力学（CFD）对于弹翼组合体设计及其气动特性分析具有十分重要的作用，但是湍流模型仍然是人们需要解决的一个艰巨的任务。，我们要不仅看它在某一个方面的表现，并综合考虑其他方面的影响，从而来评价湍流模型的优劣。
根据所采用的微分方程数，常用的湍流模型可进行分类为：零方程模型、半方程模型、一方程模型、两方程模型。方程数越多，计算量也越大、收敛性也越差，但是精度也越高，。对于复杂的湍流运动，则不一定。一般有大涡模拟（LES）、平均N-S方程求解、直接树枝模拟（DNS）三种方法。
在弹翼外形设计初期，我们就需要对它的气动特性进行预估，然而对气动特性的准确预估，尤其是弹翼与弹体之间的气动干扰计算还是十分困难的。目前的主要的研究方法是通过模拟风洞试验来确定弹翼的气动特性，但是风洞试验的成本比较高，而且周期比较长。因而使用商业软件fluent来对弹翼组合流场（干扰流场）的分析方法具有重要的实用价值。
1.2 计算流体力学的发展和前景
计算流体力学是一门在经典流体力学、数值计算方法和计算机技术的基础上建立的一个多领域交叉的学科，它涉及了计算机科学、流体力学、计算几何、数值分析等等学科。计算流体力学在工程应用的需求和推动下，随着计算机硬件和计算方法的不断更新得到了迅速的发展。在工程的实际应用中，计算流体力学应用范围越来越广，已经逐步和理论分析、分东实验一起成为了空气动力学设计的三大工具。
从20世纪初，计算流体力学从理论分析的研究开始渐渐地发展起来，到了20世纪优尔十年代以后，随着计算机技术的不断进步，计算流体力学才得到了迅速的发展。人们利用面元法对飞行器的单独部件进行分析，这是计算机流体力学发展的第一阶段—线性计算流体力学。七十年代，无粘非线性方程的数值求解发展起来，使计算流体力学可以成功的计算超声速流动，这个是第二阶段。
计算流体力学发展的第三阶段兴起于七十年代的中后期，出现了Euler方程求解。这个阶段的特点是用时间相关方法来解Euler方程。而求解Euler方程和求解Navier-Stokes方程（下文简称为N-S方程）在本质上没用太大的区别，所以一般可以把Euler方程直接推广到N-S方程的计算。
建立适当的湍流模型以及提高计算格式的分辨率和计算效率是N-S方程计算的难点。现在工程上常用的湍流模型有Cebeci-Smith和Baldwin-Loamx零方程模型，Johnson-King半方程模型，Balwin-Barth和Spart-Allarms一方程模型以及两方程模型。
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