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深空探测器进入行星大气面临的极高速流动与传热基础科学问题
1
作者 唐志共 张志刚 +4 位作者 粟斯尧 杨强 胡华雨 党雷宁 罗仕超 《空气动力学学报》 北大核心 2026年第1期1-5,共5页
火星采样、载人登月、木星系探测等深空探测任务中,探测器将以超行星第一宇宙速度进入地外行星大气或返回地球大气,系统能量大幅增加,出现伴随超高温物理化学反应的极高速流动与传热现象,其中涉及微观物理化学反应与宏观流动、流固界面... 火星采样、载人登月、木星系探测等深空探测任务中,探测器将以超行星第一宇宙速度进入地外行星大气或返回地球大气,系统能量大幅增加,出现伴随超高温物理化学反应的极高速流动与传热现象,其中涉及微观物理化学反应与宏观流动、流固界面传热传质,以及防热材料内部热力响应等不同时空尺度过程的复杂相互作用。如何准确描述预示这样一个多相态、多尺度、多过程强耦合的极端流动与传热系统,从而支撑探测器精细化设计,以实现动能高效耗散与热量有效隔绝,对流体力学及相关学科提出了严峻挑战。本文聚焦深空探测器进入行星大气过程中的极高速流动与传热问题,探讨梳理了极高速流动、强辐射传热、超高温物理化学反应3个方面的基础科学问题,并对我国未来该领域研究进行了展望。 展开更多
关键词 深空探测器 极高速流动 强辐射传热 超高温理化反应
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高阶精度有限差分格式的全局守恒特性初探
2
作者 闵耀兵 谢宁 +2 位作者 马燕凯 燕振国 邓小刚 《空气动力学学报》 北大核心 2026年第1期19-29,共11页
高阶精度有限差分格式的守恒特性一直都饱受质疑,这限制了其在复杂工程问题中的应用。基于对称守恒网格导数方法(symmetric conservation metric method,SCMM)的高阶精度WCNS(weighted compact nonlinear schemes)格式,具有与有限体积... 高阶精度有限差分格式的守恒特性一直都饱受质疑,这限制了其在复杂工程问题中的应用。基于对称守恒网格导数方法(symmetric conservation metric method,SCMM)的高阶精度WCNS(weighted compact nonlinear schemes)格式,具有与有限体积方法相媲美的几何守恒特性,但其全局守恒特性问题却未能彻底解决。本文基于等距网格上的全场一致高阶精度WCNS格式,将整个计算区域内所有求解点上的积分权值作为未知量,以满足全局守恒为条件,直接数值解出所有求解点上的积分权值,并结合理论分析给出积分权值应该满足的4个约束条件,然后通过针对性的数值实验分别验证了4个约束条件的合理性,并进一步研究了全局守恒特性对高阶精度差分格式模拟结果的影响。研究结果可用于指导适用于工程实际问题模拟高阶精度边界差分格式和对应的数值积分方法的设计。 展开更多
关键词 高阶精度差分格式 WCNS格式 全局守恒特性 一致高阶精度差分格式 有限差分格式
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基于风雷软件的非定常非线性耦合本构关系模型
3
作者 杨俊沅 曾舒华 +4 位作者 赵文文 张砚岚 安家琦 孙傲 陈伟芳 《空气动力学学报》 北大核心 2026年第3期155-165,共11页
为实现跨流域非平衡流动的高效模拟,本文基于国家数值风洞的风雷(PHengLEI)开源框架,设计开发了非线性耦合本构关系(nonlinear coupled constitutive relations,NCCR)模型求解器PHengLEI-NCCR,并进一步构建了非定常非线性耦合本构关系模... 为实现跨流域非平衡流动的高效模拟,本文基于国家数值风洞的风雷(PHengLEI)开源框架,设计开发了非线性耦合本构关系(nonlinear coupled constitutive relations,NCCR)模型求解器PHengLEI-NCCR,并进一步构建了非定常非线性耦合本构关系模型(ALE-NCCR)。新模型有效拓展了风雷软件在连续-稀薄跨流域流动中的计算能力和适用范围,并对其在典型算例中的计算准确性进行了系统验证。首先给出了PHengLEI-NCCR求解器中涉及的控制方程、无量纲化和迭代计算策略。随后,通过ALE-NCCR求解器计算了HBS(hyper ballistic shape)模型的俯仰振荡的静、动导数。结果表明:在连续流域,PHengLEI-NCCR求解器的计算结果与实验数据具有良好一致性;在稀薄流域,PHengLEI-NCCR求解器较传统的纳维-斯托克斯-傅里叶(Navier–Stokes–Fourier,NSF)方程能够更准确地捕捉非平衡效应,与DSMC结果更为接近。此外,ALE-NCCR模型在连续流条件下可回归于ALE-NSF方程的时间精度与物理可靠性,充分证明了新模型的跨流域适用性与非定常动边界模拟能力。 展开更多
关键词 非线性耦合本构关系 跨流域流动 风雷软件 非定常流动 稀薄非平衡效应
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基于GPR模型的多保真气动力建模方法
4
作者 罗希 黄俊 +1 位作者 唐磊 王庆凤 《空气动力学学报》 北大核心 2026年第3期22-34,共13页
通过整合不同保真度的数据,多保真气动力建模能够有效提升飞行器气动特性分析的计算效率和预测精度。为了更好处理高低保真数据之间同时存在的线性和非线性的混合复杂相关性,本文在非线性自回归高斯过程(nonlinear autoregressive Gauss... 通过整合不同保真度的数据,多保真气动力建模能够有效提升飞行器气动特性分析的计算效率和预测精度。为了更好处理高低保真数据之间同时存在的线性和非线性的混合复杂相关性,本文在非线性自回归高斯过程(nonlinear autoregressive Gaussian process,NARGP)模型的基础上,提出了一种新的多保真高斯过程回归模型(multi-fidelity Gaussian process regressive,MFGPR)。该模型通过结合线性核函数和非线性核函数,扩展了NARGP的能力,能够同时处理多保真数据中复杂的非线性关系和线性依赖性。为验证MFGPR的有效性,本文选取两类经典解析函数进行数值测试,并与Cokriging、NARGP和MFDNN三种传统多保真方法进行了对比分析。结果表明,在处理线性相关关系时,MFGPR的预测性能与CoKriging基本一致;而在非线性相关关系建模中,MFGPR相较于其他三种方法表现出更高的预测精度,同时在建模效率方面更具优势。进一步地,本文将MFGPR应用于ONERA M6机翼的压力分布预测和NACA2414翼型的阻力系数预测问题上,验证了其在气动力建模中的应用潜力和优越性能。 展开更多
关键词 多保真气动力建模 气动特性 高斯过程回归 线性核函数 建模效率
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非多项式高阶非线性加权格式研究综述
5
作者 黎昊旻 毛枚良 +2 位作者 白进维 董维中 朱华君 《空气动力学学报》 北大核心 2026年第1期6-18,共13页
在数值求解双曲守恒律方程弱解时,基于多项式的高精度非线性加权格式与线性格式相比,其引入的非线性误差会对格式分辨率产生不可忽略的影响。为了降低这种影响,学者们一方面在加权模板集选取、光滑因子计算及其与非线性权函数关系等方... 在数值求解双曲守恒律方程弱解时,基于多项式的高精度非线性加权格式与线性格式相比,其引入的非线性误差会对格式分辨率产生不可忽略的影响。为了降低这种影响,学者们一方面在加权模板集选取、光滑因子计算及其与非线性权函数关系等方面开展了系统性的研究工作;另一方面,也对基于非多项式的高精度非线性加权格式进行了探索性研究。本文归纳总结了三角函数、对数函数、径向基函数及双曲正切函数等非多项式的WENO格式研究成果,展示了它们的频谱分辨率和间断捕捉能力等方面的特性。三角函数和径向基函数的WENO格式在频谱分辨率上优于多项式WENO格式,双曲正切函数的WENO格式在捕捉间断时产生的数值耗散明显低于多项式的WENO格式。这些初步而积极的研究成果,反映了WENO格式研究的新动向,对推进高阶精度非线性加权格式研究具有重要指导意义。 展开更多
关键词 非多项式插值 WENO格式 双曲守恒律 高阶精度格式
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异型建筑风驱雨分布特性数值研究
6
作者 王辉 周荃 唐静 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期111-118,共8页
目前关于风驱雨(wind-driven rain,WDR)的研究主要以矩形截面建筑作为研究对象,针对常见的异型建筑WDR研究仍比较缺乏,因此揭示该类型建筑的WDR分布规律已成为WDR领域的重要工作。文章基于欧拉多相流模型的WDR数值模拟方法,模拟分析不... 目前关于风驱雨(wind-driven rain,WDR)的研究主要以矩形截面建筑作为研究对象,针对常见的异型建筑WDR研究仍比较缺乏,因此揭示该类型建筑的WDR分布规律已成为WDR领域的重要工作。文章基于欧拉多相流模型的WDR数值模拟方法,模拟分析不同风速和降雨强度下3类异型建筑WDR分布特性及与典型矩形截面建筑WDR的差异。结果表明:与矩形建筑立面WDR连续分布的情况不同,异型建筑因其特殊外形的干扰,立面WDR分布更为复杂;由于迎风立面突出部分能有效减少WDR对附近区域的侵袭,转角区域的抓取率趋近于0;相较于降雨强度,风速对异型建筑立面抓取率的影响更大,当降雨强度保持不变、风速从2m/s增大至10m/s时,抓取率最大值提高0.8。 展开更多
关键词 风驱雨 异型建筑 欧拉多相流 抓取率
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考虑稀薄效应的再入飞行器前缘热化学反应与烧蚀模型研究
7
作者 汪旭 肖天白 +1 位作者 张勇豪 陈松 《空气动力学学报》 北大核心 2026年第2期113-124,共12页
高温气流与飞行器表面材料的多物理、化学作用导致飞行器表面形貌显著变化,影响流动结构演化与飞行器气动力、热特性。准确预测再入过程的表面材料烧蚀过程对于飞行器热防护系统的设计至关重要。现有的气动烧蚀数值模拟研究主要针对固... 高温气流与飞行器表面材料的多物理、化学作用导致飞行器表面形貌显著变化,影响流动结构演化与飞行器气动力、热特性。准确预测再入过程的表面材料烧蚀过程对于飞行器热防护系统的设计至关重要。现有的气动烧蚀数值模拟研究主要针对固定壁面温度条件的流场变化,忽视了烧蚀过程中复杂化学反应与壁面材料性质差异导致的升温过程及烧蚀形貌的影响。本研究基于直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法,耦合壁面能量守恒方程,采用开源程序SPARTA对飞行器再入时的气动加热过程开展解耦分析。以柱体模型为例,综合激波后的气-气与气-固化学反应,对解耦后的壁面升温和模型烧蚀两个过程分别建立了相应的控制方程,并分析了在二维条件下的热化学反应与气动烧蚀机制。研究结果表明,本研究开发的可计算烧蚀模型不仅能够提升激波后气体分子内能采样的准确性,也能够复现文献中已有的烧蚀形貌。该模型不仅复现了圆柱烧蚀时前后缘的差异烧蚀形貌,还在引入表面粗糙度对气动加热的放大效应后,使球锥烧蚀退缩距离的预测结果与实验数据的相对误差控制在5%以内。该方法首次在DSMC框架内综合体现了壁面材料特性、变壁温效应以及表面粗糙度对烧蚀过程的物理影响,能够为深入理解变壁面温度下的复杂热化学非平衡现象提供理论依据与数据支撑。 展开更多
关键词 高速流动 非平衡流动 烧蚀 稀薄气体动力学 计算流体力学 直接模拟蒙特卡罗(DSMC) 再入飞行器
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真实气体效应下飞行/喷流参数对逆向喷流减阻降热特性的影响
8
作者 杜佳宝 吴锦水 段润泽 《空气动力学学报》 北大核心 2026年第1期96-108,共13页
高速飞行器飞行时会产生大量的气动阻力和气动热,周围气体分子的振动能和电子能被激发,并发生离解和电离等化学反应,真实气体效应不可忽略。逆向喷流技术作为一种主动热防护技术,已受到广泛关注,因此有必要对真实气体效应下的逆向喷流... 高速飞行器飞行时会产生大量的气动阻力和气动热,周围气体分子的振动能和电子能被激发,并发生离解和电离等化学反应,真实气体效应不可忽略。逆向喷流技术作为一种主动热防护技术,已受到广泛关注,因此有必要对真实气体效应下的逆向喷流减阻降热特性进行深入研究。本文基于数值计算方法,对比了不同气体模型下逆向喷流系统的性能,发现热化学非平衡气体模型对钝体阻力与热流的预测更为准确,更适用于高速飞行器的气动热环境分析。采用二维可压缩Navier-Stokes方程和热化学非平衡气体模型模拟了钝体在不同飞行条件下喷流系统的流场分布,研究了真实气体效应下飞行/喷流参数对喷流流场结构、钝体气动阻力和气动热的影响。结果表明:飞行马赫数增大,钝体的总阻力和总热流显著增加,飞行马赫数从8增大到12,钝体的总阻力系数提高了29.30%,总热流增大了8.53倍。飞行攻角为10°时,迎风面和背风面的壁面压力相差2.57倍,最大热流密度相差16.17倍。增大飞行高度会降低来流总压,使喷流穿透能力增强,飞行高度从32 km增加到36 km,钝体峰值压力降低了36.34 kPa,峰值热流密度降低了1.32 MW/m_(2)。增大喷流压比对降低钝体总阻力和总热流具有显著效果,当喷流压比为0.014时,系统减阻降热效果最佳,总阻力系数和总热流相较无喷流时分别降低41.32%和73.55%。喷流温度变化主要影响近壁面温度分布,温度升高虽对钝体总阻力系数影响甚微,但会提高钝体总热流,导致系统减阻降热效率降低。 展开更多
关键词 逆向喷流 真实气体效应 减阻 降热 热化学非平衡气体模型 热防护
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飞行器智能流场建模方法研究进展
9
作者 张好 沈洋 +3 位作者 黄伟 赵振涛 安凯 刘双喜 《国防科技大学学报》 北大核心 2026年第1期1-15,共15页
智能流场建模方法通过融合深度学习在特征提取与动态响应预测中的优势,以及在多学科设计优化(multidisciplinary design optimization,MDO)架构中的创新潜力,已成为实现复杂流动系统高效建模与高维性能提升的研究热点。本文从数据驱动... 智能流场建模方法通过融合深度学习在特征提取与动态响应预测中的优势,以及在多学科设计优化(multidisciplinary design optimization,MDO)架构中的创新潜力,已成为实现复杂流动系统高效建模与高维性能提升的研究热点。本文从数据驱动方法与物理约束方法两方面系统梳理了智能流场建模的研究现状,并指出了发展面临的三大关键挑战:高保真数据获取、复杂边界几何特征表达以及鲁棒物理约束的构建。进一步地,展望了融合气动与多学科耦合效应的联合建模框架,或能通过多尺度物理信息嵌入与自适应优化机制,革新下一代飞行器MDO范式。提供了数据知识与物理机理的深度融合新思路,旨在推动智能流场建模在航空航天等领域的跨学科创新。 展开更多
关键词 智能流场预测 深度学习 代理模型 数据驱动 物理约束 多学科设计优化
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基于OpenCFD-Comb的高焓湍流边界层气体注入的直接数值模拟
10
作者 曾广康 李新亮 刘洪伟 《空气动力学学报》 北大核心 2026年第3期97-108,共12页
空气作为飞行器热防护的常用冷却气体,其组分N_(2)与O_(2)在N_(2)离解尚不显著的温度区间表现出明显差异的化学反应活性,厘清二者在高焓湍流边界层中的特性,对飞行器高焓工况下的工程实践具有重要意义。基于课题组自研的开源高精度化学... 空气作为飞行器热防护的常用冷却气体,其组分N_(2)与O_(2)在N_(2)离解尚不显著的温度区间表现出明显差异的化学反应活性,厘清二者在高焓湍流边界层中的特性,对飞行器高焓工况下的工程实践具有重要意义。基于课题组自研的开源高精度化学反应湍流求解器OpenCFD-Comb,采用直接数值模拟,研究了来流马赫数10的高焓湍流平板边界层在完全湍流区通过狭缝注入O_(2)后,各组分的演化以及化学反应与湍流的相互作用。模拟工况为吹吸比0.001,注入与来流温度相同的纯O_(2)。结果表明:注入区域下游形成局部富氧带,导致O_(2)呈现非单调分布,并显著促进了O的生成;O_(2)与N_(2)的质量分数脉动显著增强,而N与NO的质量分数脉动相对减弱;O_(2)注入加强了O_(2)、O、NO的化学反应,对不活跃的N_(2)、N影响较小;此外,相对于质量分数脉动,湍流-化学耦合对温度脉动更为敏感。 展开更多
关键词 高焓 湍流 边界层 气体注入 直接数值模拟
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基于射流流动控制的飞翼布局飞行器阵风载荷减缓研究
11
作者 梅洋 史志伟 +3 位作者 张维源 廖雪琪 郭鹏宇 夏雨航 《空气动力学学报》 北大核心 2026年第1期85-95,共11页
针对飞翼布局飞行器静稳定性较差的特点,通过控制面偏转应对阵风载荷的方法因受机械传动系统限制,存在操纵效率低、控制效能有限等问题。为此,本文采用CFD数值模拟方法,开展基于射流流动控制的阵风载荷减缓技术研究。首先对飞翼布局飞... 针对飞翼布局飞行器静稳定性较差的特点,通过控制面偏转应对阵风载荷的方法因受机械传动系统限制,存在操纵效率低、控制效能有限等问题。为此,本文采用CFD数值模拟方法,开展基于射流流动控制的阵风载荷减缓技术研究。首先对飞翼布局飞行器的阵风响应特性进行分析,在此基础上采用壁面射流和环量射流分别抑制阵风诱导的气动力载荷,并提出一种基于压力反馈的阵风载荷减缓控制方案。结果表明:阵风扰动主要影响飞行器上翼面前缘压力分布,导致气动力特性改变;施加壁面射流和环量射流均能有效控制阵风载荷,其中环量射流在现有激励器参数和布局配置下表现出更优的控制效率;在基于压力反馈的闭环控制下,环量射流可使阵风诱导的升力系数增量均方根值降低63.1%,俯仰力矩系数增量均方根值降低72.1%,验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 阵风减缓 射流流动控制 压力反馈 飞翼布局飞行器 计算流体力学
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基于透气结构的海鸥仿生翼型气动特性
12
作者 李富琨 郝礼书 高永卫 《空气动力学学报》 北大核心 2026年第2期93-103,共11页
羽毛是鸟类飞行的关键部件,是构成鸟翼外形的核心元素,其自身透气特性也是影响鸟翼气动特性的重要因素。本文将羽毛的透气结构抽象简化为多孔介质,并将其覆盖在海鸥仿生翼型表面,以模拟真实的透气效应。基于多孔介质的渗流理论,通过CFD... 羽毛是鸟类飞行的关键部件,是构成鸟翼外形的核心元素,其自身透气特性也是影响鸟翼气动特性的重要因素。本文将羽毛的透气结构抽象简化为多孔介质,并将其覆盖在海鸥仿生翼型表面,以模拟真实的透气效应。基于多孔介质的渗流理论,通过CFD方法探究此仿生结构对翼型气动特性的影响。结果表明:多孔介质对翼型的气动性能有显著影响。具体而言,多孔介质可使失速迎角增加5°、最大升力系数提升8.2%,该效果主要通过其对壁面压力分布、摩擦阻力分布和空间速度分布的影响实现。在几何参数方面,多孔区域分布起始点前移会增大失速迎角,但同时降低线性段的升力系数;而增加多孔介质厚度则会降低线性段升力系数,并引起翼型阻力上升,其中多孔区域自身的阻力增长尤为突出。在透气特征参数方面,达西数的增大会小幅提高升力系数,并在小迎角范围内降低阻力,但在失速段则会增加阻力。各向异性对升力影响较小,主要影响阻力特性,且翼型表面摩擦阻力分布和多孔区域的阻力主要由流向(x方向)的渗透率主导。本文半覆盖多孔翼型所采用的分布方式和透气特性及其研究结论可为仿生翼型的设计研究提供一定参考。 展开更多
关键词 透气结构 多孔介质 数值模拟 仿生翼型 气动特性
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钝头体逆向喷流中的物质与热量输运屏障及其热防护机制研究
13
作者 蒋皓 何烨帆 +1 位作者 梁小妮 张家忠 《推进技术》 北大核心 2026年第1期212-225,共14页
结合数值模拟方法和Lagrangian拟序结构(Lagrangian Coherent Structures,LCSs)对钝头体逆向喷流中的物质与热量输运屏障进行了深入研究,以揭示逆向喷流对超声速飞行器前缘的热防护机制。采用SST k-ω湍流模型,对来流马赫数Ma=3.98和喷... 结合数值模拟方法和Lagrangian拟序结构(Lagrangian Coherent Structures,LCSs)对钝头体逆向喷流中的物质与热量输运屏障进行了深入研究,以揭示逆向喷流对超声速飞行器前缘的热防护机制。采用SST k-ω湍流模型,对来流马赫数Ma=3.98和喷流压比分别为0.4,0.6和0.8条件下的钝头体逆向喷流流场进行了模拟。基于对流场特性的分析,探讨了不同喷流压比对流场的影响,并引入LCSs分析方法,从Lagrangian视角识别逆向喷流流场中的物质与热量输运屏障。研究结果表明:随着喷流压比的增加,逆向喷流推动弓形激波向上游移动,并扩大了旋涡区的覆盖面积,增强了降热效果;来流与冷却喷流之间始终存在着物质输运屏障,避免了高温气流直接接触钝体壁面。进一步而言,喷流剪切层主导着热量输运屏障的形成与演化。由于喷流剪切层有效抑制了热量的输运,在喷流-来流剪切层与喷流-旋涡区剪切层之间形成了热量输运屏障。而喷流-来流剪切层的消失与喷流-旋涡区剪切层的再附也导致了热量输运屏障的终止。研究结果捕获了逆向喷流流场中的物质和热量输运特性,为揭示逆向喷流的热防护机制提供了新的视角。 展开更多
关键词 逆向喷流 超声速流动 Lagrangian拟序结构 气动加热 流动控制
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高超声速变体飞行器气动力-热-结构耦合特性数值仿真分析研究
14
作者 罗世彬 岳航 +3 位作者 刘俊 冯彦斌 唐仲鼎 宋佳文 《航空制造技术》 北大核心 2026年第5期14-24,共11页
针对高超声速变体飞行器在宽速域飞行中因构型变化引发的气动热与结构响应耦合问题,本文开展了多状态数值模拟研究。基于CFD(Computational fluid dynamics)方法计算高度24 km速度Ma 5时不同机翼折叠角(0°~90°)与攻角条件下... 针对高超声速变体飞行器在宽速域飞行中因构型变化引发的气动热与结构响应耦合问题,本文开展了多状态数值模拟研究。基于CFD(Computational fluid dynamics)方法计算高度24 km速度Ma 5时不同机翼折叠角(0°~90°)与攻角条件下的表面热流与压力载荷,并基于经典的能量守恒原理与Fourier热传导定律所描述的瞬态热传导控制方程,结合有限元方法,将气动参数作为外部载荷,对机翼结构开展热-结构耦合响应分析,评估机翼在典型变形状态下的结构响应结果。结果表明,机翼折叠显著加剧局部气动加热与应力集中,90°折叠角时翼尖热流峰值达1309.9 kW/m^(2),结构等效应力增至506 MPa,通过合理热防护设计仍可满足强度与热安全要求。本研究为高超声速变体飞行器的多状态耦合特性评估提供了工程参考。 展开更多
关键词 高超声速飞行器 变体飞行器 折叠翼 气动热 气动力-热-结构耦合分析
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基于气动弹性降阶模型的风力机翼型摆振失稳机理研究
15
作者 刘荣祥 高传强 张伟伟 《力学学报》 北大核心 2026年第3期556-568,共13页
风力机的大型化、轻量化发展使得载荷和气动弹性风险凸显.在极端风环境下,叶片尾缘迎风是潜在的降载措施之一,然而依然存在异常气动弹性摆振振动问题.为研究此机理,本文针对典型风力机翼型,采用气动弹性数值仿真和降阶模型方法开展尾缘... 风力机的大型化、轻量化发展使得载荷和气动弹性风险凸显.在极端风环境下,叶片尾缘迎风是潜在的降载措施之一,然而依然存在异常气动弹性摆振振动问题.为研究此机理,本文针对典型风力机翼型,采用气动弹性数值仿真和降阶模型方法开展尾缘迎风工况翼型单自由度摆振气弹失稳机理研究.首先通过高精度计算流体力学-计算结构力学耦合仿真,获取了不同来流攻角与减缩频率下的失稳边界与响应特性,发现失稳响应频率始终锁定于结构固有频率.随后基于系统辨识方法构建尾缘迎风工况的气动力降阶模型,进而耦合结构运动方程,通过特征根提取和根轨迹技术发现,尾缘迎风摆振气弹失稳本质是亚稳定流动模态与结构模态耦合导致的结构模态失稳颤振.与其他单模态颤振问题对比,发现该问题是一种类似失速颤振的现象.最后通过来流和结构参数影响规律研究表明,敏感风向角下的低稳定裕度的流动模态是其主要诱因,调整结构刚度和增加阻尼可有效抑制失稳,能够为大型叶片降载增稳的气动和结构改善设计提供指导. 展开更多
关键词 气动弹性机理 失稳摆振 尾缘迎风 降阶模型 风力机翼型
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蝴蝶柔性扑翼前飞流固耦合特性 被引量：1
16
作者 朱汉希 郭承鹏 +1 位作者 张铁军 张扬 《空气动力学学报》 北大核心 2026年第2期81-92,共12页
扑翼刚度变化对昆虫前飞气动特性与结构响应具有显著影响。现有研究多聚焦于小型昆虫扑翼的流固耦合问题,而对具有大翅膀面积、低展弦比特征的蝴蝶扑翼研究稍显不足。为了研究不同柔性分布对仿蝴蝶扑翼前飞流固耦合特性的影响,本文基于... 扑翼刚度变化对昆虫前飞气动特性与结构响应具有显著影响。现有研究多聚焦于小型昆虫扑翼的流固耦合问题,而对具有大翅膀面积、低展弦比特征的蝴蝶扑翼研究稍显不足。为了研究不同柔性分布对仿蝴蝶扑翼前飞流固耦合特性的影响,本文基于真实斑凤蝶的外形和运动模式,建立了相应的几何模型与运动学方程,发展了一种基于格子玻尔兹曼方法与有限元方法的流固耦合求解方法,并通过标模算例验证了该方法的准确性。利用所发展的方法,分别比较了各向同性柔性分布、各向异性柔性分布与刚性分布的蝴蝶翅膀在扑动过程中的气动特性和结构响应差异。结果表明,各向同性柔性扑翼的飞行性能显著优于各向异性扑翼与刚性扑翼,其扑动产生的涡结构更为复杂。因翅膀柔性而产生的翼尖二次流涡和后翼翼尖涡形成了额外的低压区域,提升了柔性扑翼的飞行性能。本研究有望对扑翼飞行中涉及升力增强机制的涡动力学提供一些新的见解,从而为新型仿生微型扑翼飞行器的设计提供参考。 展开更多
关键词 斑凤蝶 柔性扑翼 流固耦合 涡动力学 仿生流体力学 扑翼飞行器
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智流:面向工程场景的AI-CFD多智能体加速仿真平台
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作者 刘承 杨思尧 +2 位作者 魏昕楠 陈一笑 林坤 《空气动力学学报》 北大核心 2026年第3期123-131,共9页
针对工程CFD仿真存在门槛高、流程配置复杂、经验依赖强以及收敛与调参成本高等关键难题,本文构建了“智流”——一个可追踪、可复用且可本地化的AI-CFD多智能体加速仿真平台。该平台采用以大语言模型为中枢的多阶段编排,融合检索增强... 针对工程CFD仿真存在门槛高、流程配置复杂、经验依赖强以及收敛与调参成本高等关键难题,本文构建了“智流”——一个可追踪、可复用且可本地化的AI-CFD多智能体加速仿真平台。该平台采用以大语言模型为中枢的多阶段编排,融合检索增强生成与工程知识图谱,将自然语言需求转化为结构化任务;在多智能体协同框架下实现异常诊断与自愈调参,统一封装几何、网格、求解器以及后处理接口,并提供本地部署、权限控制与日志审计的合规保障,从而实现从需求解析、建模、求解、到可视化报告的端到端自动化。平台具备自动识别网格或收敛异常并可通过参数优化恢复计算的能力,支持全阶段人工介入与人机协同,在保障求解稳定性的同时满足多样性的仿真需求;此外,该平台支持并发计算与GPU加速,有效提升任务吞吐与仿真效率。通过对标准算例开展“智流”平台与常规仿真方法的计算效率对比研究,结果表明:“智流”平台能显著减少人工介入时间和操作步数,其中人工介入时间减少了65.26%,总操作步数仅为常规仿真的1/8;并在求解稳定性方面表现一定的优势。本研究主要基于国产开源CFD平台——风雷软件(NNW-PHengLEI),并调用其核心求解器模块,为CFD从工具驱动向智能协同转型提供可落地路径,可适配科研与工业场景中的规范化、合规化仿真生产,在保证仿真精度的同时显著提升仿真效率。 展开更多
关键词 大语言模型 计算流体力学 多智能体系统 自然语言交互 人机协同 人工智能
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一种动态系数的自适应分离涡模拟方法
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作者 吴文昌 韩省思 《空气动力学学报》 北大核心 2026年第3期145-154,共10页
混合RANS/LES湍流模型是现阶段最有望实现工程化应用的高精度湍流模拟方法之一,提高混合RANS/LES模型在复杂流动预测中的通用性和准确性对于加速这一过程是十分重要的。为了实现该目标,首先理论分析了RANS方法和LES方法在适当条件下的... 混合RANS/LES湍流模型是现阶段最有望实现工程化应用的高精度湍流模拟方法之一,提高混合RANS/LES模型在复杂流动预测中的通用性和准确性对于加速这一过程是十分重要的。为了实现该目标,首先理论分析了RANS方法和LES方法在适当条件下的表观等价性,并推导出一种通用性好的动态滤波尺度系数计算方法,以实现混合RANS/LES模型从RANS模式到LES模式的无缝过渡;进一步针对混合RANS/LES模型中潜在的“灰区”问题,利用σ-LES亚格子模型构建了适用于分离流动的自适应滤波尺度系数计算方法。将该方法应用于典型DES分离涡模型及其改进型DDES和IDDES模型中,可发展系列自适应分离涡模型(ADES/ADDES/AIDDES),理论方法的数值验证在开源PHengLEI软件平台进行。通过超声速底部流动和高升力翼型临界大攻角流动的数值模拟,证实了新型自适应分离涡模型(ADES/ADDES/AIDDES)可有效克服分离剪切层“灰区”延迟问题,从而提高了模型在回流区速度场、湍动能以及复杂翼型边界层速度型预测的准确性。数值结果表明,自适应滤波尺度系数计算方法能有效提升混合RANS/LES模型的准确性。 展开更多
关键词 混合RANS/LES模型 自适应湍流模拟 分离涡模拟 滤波尺度 分离流
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基于LBM-IBM的流固耦合高效数值框架与应用
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作者 许平煜 周庆春 +1 位作者 罗梓锋 彭泽瑞 《空气动力学学报》 北大核心 2026年第3期132-144,共13页
针对传统贴体网格方法在处理复杂流固耦合问题时存在的网格生成困难、计算效率低和稳健性不足等瓶颈,本文构建了一种基于格子玻尔兹曼-浸入边界方法(lattice Boltzmann-immersed boundary method,LB-IBM)的高效流固耦合数值求解框架。... 针对传统贴体网格方法在处理复杂流固耦合问题时存在的网格生成困难、计算效率低和稳健性不足等瓶颈,本文构建了一种基于格子玻尔兹曼-浸入边界方法(lattice Boltzmann-immersed boundary method,LB-IBM)的高效流固耦合数值求解框架。该框架采用LBM求解不可压缩Navier-Stokes方程,基于有限差分方法求解柔性体结构动力学方程,并结合四阶混合线性多步格式处理刚体振动方程,通过罚函数形式的浸入边界法实现流体与结构的耦合求解,在刚体涡激振动算例中振幅预测误差控制在5%以内。此外,本框架融合了多块网格加密技术以及MPI/OpenMP混合并行技术以支持大规模高效计算,典型算例表明网格量减少约40%,且斯特劳哈尔数、阻力系数等关键参数的误差均保持在5%以下。最后,通过钝体绕流、流致振动以及仿生蜻蜓扑翼等典型算例进行了验证和应用。结果表明,本文提出的计算框架避免了传统贴体网格方法的局限性,适用于具有复杂几何外形、大位移、大变形或多体运动等特征的流固耦合问题的数值模拟,具有良好的计算效率、可靠性和稳健性。 展开更多
关键词 流固耦合 格子玻尔兹曼方法 浸入边界法 多块网格 柔性体
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基于多支微射流的超声速射流主动控制
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作者 范德威 薛雨凌 +1 位作者 宁英豪 Arun Kumar Perumal 《空气动力学学报》 北大核心 2026年第1期76-84,共9页
在国家大力发展航空航天产业的背景下,研究超声速射流主动控制技术具有重要意义。以增强超声速射流混合为目标,针对经典圆形超声速射流混合开展主动控制实验研究。使用侧向注入微射流作为激励装置,研究主射流出口处压比、微射流与主射... 在国家大力发展航空航天产业的背景下,研究超声速射流主动控制技术具有重要意义。以增强超声速射流混合为目标,针对经典圆形超声速射流混合开展主动控制实验研究。使用侧向注入微射流作为激励装置,研究主射流出口处压比、微射流与主射流质量流量比和微射流注入支数这3个关键参数对超声速射流核心区长度的影响规律。结果表明:固定质量流量比和微射流支数,核心区长度的控制效果随着微射流出口处的压比增加逐渐减弱;微射流支数和出口处压比不变,核心区长度与微射流及主射流的质量流量比呈较为复杂的非线性关系;固定微射流出口处压比时,增加微射流支数,并未显著提升射流混合效果;射流的控制效果随出口压比的增加而减弱,当出口压比为2.50、3.00、3.67、5.00和7.00时,射流核心区长度可分别减小62%、60%、53%、46%和8%。此外,还基于泰勒展开和反向传播(back propagation,BP)神经网络算法分别建立了两种预测射流核心区长度模型。结果表明:在微射流控制下获得的最优值L_(c,opt)^(*)=8.7附近,两者均表现出较好的预测能力;而当远离最优值时,BP神经网络对超声速射流核心区长度的预测结果具有更高的准确性,误差仅为基于泰勒展开方法的1/6。本文将实验结果与BP神经网络相结合,为超声速射流的主动控制与工程优化提供了高精度智能预测方法,显著提升了混合效果并降低了实验成本。 展开更多
关键词 超声速射流 主动控制 微射流 预测模型 神经网络
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