基于参数化的气动计算网格自动生成技术分析-(5670)

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1、西南科技大学硕士研究生学位论文第1V页4结构网格自动生成程序的开发⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．354．1前言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯354．2Spider软件平台⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯354．2．1软件概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯354．2．2软件功能组成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯354．3GFRCS的开发⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．364．3．I程序开发环境⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯374．3．2设计流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯374．3．3数据结

2、构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯394．3．4功能模块⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯424．4小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯475算例验证与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．485．1前言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯485．2网格质量分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一485．2．1网格质量评估方案确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯485．2．2数据统计分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯495．3数值计算结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯515．3．1F

3、6．WB翼身组合体气动力分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5l5．3．2某型号飞翼气动力分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．555．4小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯596总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6l蜀C谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一64攻读学位期间参与发表的学术论文及研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．68西南科技大学硕士研究生学位论文第1页1绪论1．1研究背景随着科技的进步，飞行器的性能也越来越卓越。以中国的第

4、四代战机歼一20为例，先进的创新技术，优秀的隐形能力，主要由于其先进的气动布局。歼．20采用鸭式布局、翼面全动、可动边条、DSI(无附面层隔板超音速)进气、腹鳍设计的气动外形(图1．1a)所示)，因而飞行器的机动性能大大提升，同时由于其具有最新隐身材料，在空中机动时，优越的气动外形保证了歼20的隐形能力⋯。这些气动外形数据和设计工作主要来自于大量的风洞试验和数值模拟，这里提到的数值模拟指的是计算流体力学(ComputationalFluidDynamics，CFD)。@它警，?哆予歼击臻a)歼一20歼击机的设计外形b)F-22的飞行姿态图1．1歼一20歼

5、击机的设计外形和F一22的飞行姿态Fig．1—1DesignconfigurationofJ一20andfIightartitudeofF-22CFD在歼20的设计研发过程中所占比重尚不得知，但据有关资料记录，美国洛克希德公司新型战机F．22(图卜lb)所示)的研制过程中，CFD技术在其中发挥了很大的作用。针对F．22战机机身进行气动载荷计算，采用数值求解欧拉／纳维斯托克斯方程的CFD方法，使用CrayResearch公司的西南科技大学硕士研究生学位论文第2页CRAY-YMP系列超级计算机进行计算，就用了1600个CPU小时，全部的CFD计算和分析总共用

6、近五个月【2J。这么庞大的气动分析和设计工作，如果完全由风洞试验来承担，将消耗大量的经费和时间。20世纪八十年代和2l世纪初波音公司通过了767型客机和787客机的机翼方案，分别在风洞测试了七十余种和十一种模型的基础上确定的，由此可见，CFD技术在飞行器设计中的应用降低了超过80％的实验，节省了大量的设计资源，而且CFD预测结果与风洞试验数据几乎完全吻合13J。因此波音公司预测，在未来的飞行器气动外形设计工作中，以效率原则为依据，CFD计算约占整个气动设计工作量的七成，而风洞实验的工作量将占约三成【21。不管是从节约研制费用、缩小设计周期考虑，还是从提高

7、设计标准出发，CFD技术都将在飞行器气动外形设计中起到关键作用[41。当然，对飞行器设计的风洞试验是必不可少的，这是一种对流场的直接物理模拟手段。计算流体力学是一门结合计算机和数值计算方法的新兴学科。张涵信院士在论述计算流体力学研究内容时，将其划分为5个“M”和一个“A”【5】，五个“M”分别是：Machine，Mesh，Method，Mechanism和Mapping。Machine，表示计算机，它是CFD研究分析必备的工具；Mesh，表示网格，对流场进行网格划分是数值计算的基础和前提；Method，表示计算方法，流体力学控制方程的求解方法研究是CFD

8、技术研究领域中最活跃的，目前已经发展了各种各样的求解方法以及定解条件的处理方法，