偏航状态下空腔流动的数值模拟

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1、第45卷第2期2013年4月南京航空航天大学JournalofNanjingUniversityofAeronautics学报8LAstronautics偏航状态下空腔流动的数值模拟V01．45No．2Apr．2013司海青1马晓晖1陈都1王兵1吴晓军2(1．南京航空航天大学民航学院，南京，210016；2．中国空气动力研究与发展中心，绵阳，621000)摘要：采用基于孓A(SpalartAllmaras)湍流模型的脱体涡模拟方法(Detached．eddysimulation，DES)，数值模拟研究了偏航状态下的空腔流动。首先，运用D

2、ES方法对非偏航状态下的空腔流动进行数值模拟，并和文献结果进行比较，验证该方法模拟空腔流动特性的能力；然后，运用DES方法数值研究偏航状态下的空腔流动，给出声压级的变化。数值研究表明：不同偏航角对空腔底部中心线处声压级产生很大的影响；与非偏航状态相比，在空腔底面中心线的某些位置处，给出了声压级随偏航角的变化规律为：声压级先是随着偏航角增加而缓慢增加，然后大大减小。关键词：脱体涡模拟方法；数值模拟；偏航的空腔流动；声压级中图分类号：V211．3文献标志码：A文章编号：1005—2615(2013)02一0191—05NumericalSi

3、mulationofCaVityFlowatDifferentYawAnglesSiH口iqi，291，MnXi口o^“i1，C^P挖D“1，’耳么挖gBi7291，W“Xi口巧“行2(1．CollegeofCivilAviation，NanjingUniversityofAeronautics8LAstronautics，Nanjing，210016，China；2．ChinaAerodynamicsResearchandDevelopmentCenter，Mian)rang，621OOO，China)Abstract：Basedon

4、detached—eddysimulation(DES)，aflowpastayawedrectangularcavityissimulatednumerically．AnunyawedcavityflowisfirstlysimulatedusingthepresentDESmethod．Itseffective—nessisfurthervalidatedbyacomparisonofthecalculatedresultswiththeresultsinreferences．Thensimulationsoflowsuperson

5、iccavityf19watdifferentyawanglesarecarriedoutusingDES，andtheeffectofyawanglesonsoundpressurelevel(SPL)alongthecavityfloorisstudied．Comparedwiththecaseofcavityflowatzeroyawangle，itisdemonstratedthatSPLgraduallyincreasesasyawangleisen—larged，andthenitsharpl)，decreasesatsom

6、ecertaintestpositionsofcavityfloor．Keywords：detachededdysimulation；numericalsimulation；yawedcavityflow；soundpressure1evel空腔流动问题在航空工程中经常遇到，例如，飞机武器舱、起落架舱、风洞的开缝壁、汽车的窗户等，特别是未来战斗机就采用内埋式弹舱，当弹被投放时，气流流过带弹的空腔会产生强烈的共振，这对武器控制的电子系统及结构疲劳带来很大的危险性。另一方面，弹被释放的过程中，空腔流动的非定常流场以及其自激励的非定常压力振荡

7、会造成剧烈的抖动，它也可能使弹体的运动轨迹发生改变，这需要正确地揭示气流流过这种空腔的流动特性。在理论上，由于空腔流动涉及非定常流、流体动力不稳定性、声一涡相互作用等许多基本问题，已经引起了国内、外学者的研究兴趣。针对空腔的流动问题，国内外研究人员开展了实验[1屯1及数值模拟研究[3‘4]，来流马赫数由低亚声速到超声速，空腔的几何形状由开式空腔到闭式空腔，还出现了少量的过渡型空腔等。特别地，近几年，围绕弹舱流动特性及形状影响[5]、腔内存在物体的空腔流动[6‘7]、空腔流动激励噪声模拟[8]以及基金项目：国家自然科学基金(1090205

8、0)资助项目；航空基金(20101452017)资助项目；中国博士后基金(20100481138)资助项目。收稿日期：2012一03一01；修订日期：2012—12—26通信作者：司海青，男，博士，副教授，