基于lbm-les方法的飞机增升装置流场计算研究

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1、中图分类号：V355论文编号：102870715-S057学科分类号：083700硕士学位论文基于LBM-LES方法的飞机增升装置流场计算研究研究生姓名石岩学科、专业安全科学与工程研究方向飞行安全与模拟指导教师司海青副教授南京航空航天大学研究生院民航学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofCivilAviationFlowFieldCalculationofAircraftHigh-

2、liftDevicesBasedonLBM-LESMethodAThesisinSafetyTechnologyandEngineeringbyShiYanAdvisedbyAssociateProfessorSiHaiqingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以

3、标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要增升装置是民航客机上的重要组成部件，是飞机在起飞和着陆过程中增加升力以提高起、降性能的关键性装置。增升装置外形较为复杂，飞机起降过程中空气绕过这种部件

4、的流动也比较复杂，它对于飞机有效荷载、燃油消耗、机体噪声(尤其是缝翼、襟翼的非定常流动产生的噪声)产生较强的影响，甚至危及飞行安全。基于LatticeBoltzmannMethod(LBM)与大涡模拟(LES)相结合的方法，它能够为增升装置等部件复杂流场的仿真模拟提供一种新方法、新技术。本文中LBM/LES方法的主要思想是通过LES中的Smagorinsky模型计算湍流粘性系数，松弛因子可以随着粘性系数的变化而改变，这提高了LBM方法计算高雷诺数流场的能力；为了节省计算成本，本文研究了一种基于布尔变量

5、控制的网格生成技术，该技术适用于标准LBM模型。进一步验证LBM/LES方法，本文将该方法应用于经典流动的数值模拟中。运用LBM方法以及LBM与LES结合的方法，本文仿真模拟了顶盖驱动流、圆柱绕流、NACA0012翼型绕流、30P30N三段翼型绕流流动。本文的数值仿真结果与参考文献结果能够吻合，验证了本文研究方法的科学性与有效性。由于它自身的优势，使得这种新方法能够科学地、有效地解决复杂流场的模拟问题。关键词：增升装置；LBM；大涡模拟；数值模拟；翼型I基于LBM-LES方法的飞机增升装置流场计算研究

6、ABSTRACTHigh-liftdeviceisoneofveryimportantcomponentsforcivilaircraft,itiskeyonetoenhancetheperformanceoftake-offandlanding.High-liftdeviceshavemorecomplicatedshape,thereforeitisaverycomplexflowduringtake-offandlandingtime,whichhasheavyeffectonthepayloa

7、d,fuelconsumptionandairframenoise(especiallyfornoisefromflapsandslatsduetounsteadyflow),anditevenendangerssafetyofaircrafts.Toprovideanewmethodandtechnologyfornumericallysimulatingcomplexflowsofhigh-liftdevices,acoupledmethodbetweenLBMandLESisdevelopedi

8、nthepaper.ThemainideaoftheLBM/LESmethodistousetheSmagorinskymodelofLEStocalculateturbulentviscosity,andthusrelaxationfactorcouldchangealongwiththeviscositycoefficient,whichcanimprovetheabilityofLBMtocalculatehighReynoldsnumberflo