本書主要闡述氣動彈性CFD/CSD耦合計算分析關鍵技術：靜動態(tài)多塊結構網格生成技術、定常/非定常氣動力Euler/N-S方程計算方法、結構動力學方程求解和流-固耦合界面信息傳遞技術、飛行器靜氣動彈性CFD/CSD迭代計算方法、飛行器顫振特性CFD/CSD時域耦合計算方法以及氣動彈性CFD/CSD耦合技術的工程實際應用。
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目錄
第1章 緒論 1
第2章 多塊結構動態(tài)網格生成 3
2.1 網格質量判據 3
2.1.1 網格單元質量 3
2.1.2 網格整體質量 4
2.2 TFI動態(tài)網格技術 5
2.3 RBF動態(tài)網格技術 7
2.3.1 RBF理論 7
2.3.2 基函數對動態(tài)網格質量的影響 9
2.4 IDW動態(tài)網格技術 10
2.5 RB^TFI動態(tài)網格技術 10
2.5.1 RBF-TFI混合方法 10
2.5.2 控制點選取的改進措施 11
2.5.3 RBF-TFI動態(tài)網格生成二維算例 12
2.5.4 RBF-TFI動態(tài)網格生成三維算例 12
2.6 IDW- TFI動態(tài)網格技術 14
2.6.1 IDW-TFI混合方法 14
2.6.2 IDW-TFI動態(tài)網格生成二維算例 14
2.6.3 IDW-TFI動態(tài)網格生成三維算例 15
2.7 預估-校正特大變形動態(tài)網格技術 16
2.7.1 預估-校正動態(tài)網格生成方法 16
2.7.2 預估-校正動態(tài)網格生成二維算例 19
2.7.3 預估-校正動態(tài)網格生成三維算例 21
第3章 Euler/N-S方程數值解法 22
3.1 流體運動Euler/N-S控制方程 22
3.2 有限體積法 25
3.3 空間離散格式 26
3.3.1 中心格式 26
3.3.2 Roe格式 28
3.3.3 黏性通量計算 31
3.4 時間離散格式 31
3.4.1 五步Runge-Kutta顯式時間推進 31
3.4.2 LU-SGS隱式時間離散方法 32
3.5 湍流模擬 33
3.5.1 雷諾平均N-S方程 34
3.5.2 SA一方程湍流模型 34
3.5.3 DES模型 36
3.6 邊界條件 36
3.6.1 物面邊界 37
3.6.2 遠場邊界 37
3.6.3 對稱邊界 38
3.7 加速收斂措施 39
3.7.1 當地時間步長 39
3.7.2 隱式殘值光順 39
3.7.3 低速預處理 40
3.7.4 并行算法 42
3.8 定常氣動力計算算例 43
3.8.1 多段翼型黏性繞流 43
3.8.2 GIT模型 43
3.8.2 DLR-F4翼身組合體 45
3.8.3 跨聲速機翼抖振初始迎角N-S方程定常計算分析 45
3.9 非定常氣動力Euler/N-S方程計算 50
3.9.1 動網格系統N-S方程 50
3.9.2 雙時間推進法 51
3.9.3 幾何守恒律 53
3.9.4 邊界條件及湍流模擬 53
3.9.5 非定常氣動力計算算例 53
第4章 氣動-結構數據傳遞 57
4.1 氣動-結構數據傳遞基本理論 57
4.2 IPS插值 58
4.2.1 IPS插值方法 58
4.2.2 IPS柔度插值算例 60
4.2.3 IPS模態(tài)插值算例 60
4.3 TPS插值方法 61
4.4 MPC插值方法 62
第5章 靜氣動彈性CFD/CSD耦合計算 64
5.1 柔度法、模態(tài)法結構變形計算 64
5.1.1 柔度法 64
5.1.2 模態(tài)法 65
5.2 基于柔度法或模態(tài)法的靜彈CFD/CSD耦合迭代算法 66
5.2.1 靜彈CFD/CSD高效耦合算法 66
5.2.2 飛翼布局柔度法、模態(tài)法靜彈計算 67
5.2.3 大型客機柔度法靜彈計算 68
5.3 靜彈CFD/FEM耦合計算方法 70
5.3.1 氣動網格節(jié)點力計算 70
5.3.2 靜彈CFD/FEM耦合迭代算法 71
5.3.3 大型客機機翼靜彈CFD/FEM耦合計算分析 71
5.4 大型客機機翼型架外形設計 74
5.4.1 機翼型架外形設計的一般形式方程組 75
5.4.2 基于柔度法的機翼型架外形設計計算方法 75
5.4.3 大型客機機翼型架外形設計算例 76
5.5 大展弦比機翼風洞模型靜彈修正計算 77
5.5.1 基于變形測量值的靜彈修正計算 77
5.5.2 基于結構剛度反演的靜彈修正計算 79
第6章 顫振特性CFD/CSD時域耦合計算 83
6.1 結構運動方程求解 83
6.1.1 結構運動方程 83
6.1.2 結構運動方程量綱分析 84
6.1.3 結構運動方程的Runge-Kutta法求解 86
6.1.4 結構運動方程的雜交預估-校正法求解 86
6.2 顫振計算時域法 87
6.2.1 CFD/CSD時域耦合算法 88
6.2.2 Φ型機翼顫振計算 89
6.2.3 大展弦比機翼靜、動氣動彈性一體化計算 90
6.3 可壓流顫振計算的變質量、變剛度方法 92
6.3.1 變質量方法 92
6.3.2 變剛度方法 93
6.3.3 翼身尾組合體顫振特性計算 93
6.4 不同馬赫數下全空域范圍顫振計算分析流程 96
6.5 考慮結構多方向復合振動的顫振計算 96
6.5.1 帶翼梢小翼機翼模型顫振計算 97
6.5.2 帶翼尖外掛飛機模型顫振計算 98
6.6 跨聲速風洞模型顫振計算 98
6.6.1 跨聲速顫振風洞試驗方法 99
6.6.2 基于無反射邊界條件的風洞模型顫振計算 99
6.6.3 基于開孔壁流動模型的風洞模型顫振計算 101
6.7 幾何非線性顫振計算 107
6.7.1 幾何非線性顫振計算方法 107
6.7.2 大展弦比機翼幾何非線性顫振計算 107
第7章 突風響應CFD/CSD時域耦合計算 110
7.1 網格速度法 110
7.1.1 傳統網格速度法 110
7.1.2 考慮黏性通量修正的網格速度法 111
7.1.3 基于網格速度法的翼型俯仰運動數值模擬 111
7.1.4 基于網格速度法的翼型突風響應計算 113
7.2 突風響應CFD/CSD時域耦合計算 114
7.2.1 剛體六自由度方程 114
7.2.2 突風響應CFD/CSD時域耦合算法 115
7.2.3 剛性機翼突風響應計算分析 115
7.2.4 自由彈性機翼突風響應計算分析 117
第8章 航空發(fā)動機葉片氣動彈性CFD/CSD耦合計算 120
8.1 旋轉坐標系下N-S方程求解 120
8.1.1 旋轉坐標系下N-S方程 120
8.1.2 旋轉坐標系下N-S方程空間、時間離散 122
8.1.3 SARC湍流模型 123
8.1.4 邊界條件 124
8.1.5 Rotor67定常流動計算 126
8.2 葉輪機械非定常流動模擬 132
8.2.1 非定常N-S方程時間精確求解 132
8.2.2 葉片振動動態(tài)網格生成 133
8.2.3 動靜葉排干擾模擬方法 134
8.2.4 軸流式Aachen 1.5級渦輪非定常流場計算 135
8.3 葉片靜氣彈CFD/CSD耦合計算 138
8.3.1 冷態(tài)至熱態(tài)問題（靜氣彈正問題） 138
8.3.2 熱態(tài)至冷態(tài)問題（靜氣彈反問題） 147
8.4 基于能量法的振蕩葉片流場和顫振計算 153
8.4.1 葉間相位角問題 153
8.4.2 相位延遲類方法 154
8.4.3 算例驗證 159
8.5 基于CFD/CSD耦合的時域法顫振計算 168
8.5.1 CFD/CSD時域耦合算法 168
8.5.2 Rotor67風扇轉子葉片顫振計算 170
8.5.3 某風扇葉片失速顫振計算 173
8.5.4 失速顫振淺析 181
8.6 航空發(fā)動機復雜顫振問題 182
8.6.1 考慮葉間相位角的時域法顫振計算分析 183
8.6.2 帶阻尼凸肩葉片的時域法顫振計算分析 185
8.6.3 多排葉片時域法顫振計算分析 191
參考文獻 196
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