面向旋翼型无人机空气动力学分析的高性能数值算法研究
发布时间:2022-10-08 12:48
在现代飞行器设计中,数值模拟方法以低成本、高效率和高灵活性等优点成为研究飞行器空气动力学的重要方法。在旋翼型无人机流场模拟中,由于旋翼与机身存在相互作用,为获得精确模拟结果需要对整个无人机的流场进行模拟,因此,有效地模拟旋翼与机身的相对运动是实现成功模拟的关键步骤,这使得此类模拟问题极具挑战性。本文设计了一套求解旋翼型无人机空气动力学数值模拟问题的基于非结构滑移网格技术的高可扩展并行计算方法。该方法对控制方程的离散,在空间方向,采用非结构移动网格有限元方法,时间推进采用全隐式二阶向后差分格式,最后采用一种并行Newton-Krylov-Schwarz方法求解离散后的非线性方程组。作为应用,我们对一个真实旋翼型无人机模型在悬停状态下的外流场进行了数值模拟,获得了一些非常详细的流场信息。数值结果显示,算法在天河2号上使用4096个处理器核时仍具有接近线性的并行加速比,这为下一步开展旋翼型无人机的高保真度快速模拟奠定了良好的基础。
【文章页数】:39 页
【学位级别】:硕士
【文章目录】:
摘要
Abstract
引言
1 概述
1.1 研究现状
1.2 本文研究内容
2 数值算法
2.1 计算模型及网格生成
2.2 控制方程及边界条件
2.2.1 欧拉描述的不可压缩NS方程
2.2.2 任意拉格朗日-欧拉描述的不可压缩NS方程
2.3 控制方程的离散
2.3.1 空间离散
2.3.2 时间离散
3 Newton-Krylov-Schwarz算法
3.1 非精确牛顿法
3.2 GMRES算法
3.3 加性Schwarz预条件子
3.4 NKS算法大致流程
4 滑移网格技术
5 数值实验
5.1 测试案例
5.2 并行效率
结语
参考文献
致谢
在读期间公开发表论文(著)及科研情况
【参考文献】:
期刊论文
[1]Numerical simulation of aerodynamic interactions among helicopter rotor,fuselage,engine and body of revolution[J]. CAO YiHua,WU ZhenLong,HUANG JunSen. Science China(Technological Sciences). 2014(06)
[2]Numerical simulation of rotor-airframe aerodynamic interaction based on unstructured dynamic overset grids[J]. XU HeYong & YE ZhengYin National Key Laboratory of Science and Technology on Aerodynamic Design and Research,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710072,China. Science China(Technological Sciences). 2012(10)
[3]基于滑移网格的临近空间螺旋桨流场数值仿真[J]. 程钰锋,聂万胜,胡永平. 直升机技术. 2012(02)
[4]纵列式双旋翼直升机气动力和流场的数值模拟[J]. 王彩枫,杨永飞,林永峰,黄明恪. 直升机技术. 2012(01)
[5]基于滑移网格与RNG k-ε湍流模型的桨舵干扰性能研究[J]. 王超,黄胜,常欣,郭春雨. 船舶力学. 2011(07)
[6]基于CFD的直升机旋翼流场及气动力计算[J]. 徐广,王博,徐国华,招启军. 南京航空航天大学学报. 2011(03)
[7]基于运动嵌套网格的前飞旋翼桨叶气动干扰数值模拟[J]. 肖飞,熊峻江,冯涛. 应用力学学报. 2009(01)
[8]基于滑移网格的带螺旋桨艇体尾流场数值分析方法[J]. 姚震球,高慧,杨春蕾. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2008(02)
硕士论文
[1]基于CFD方法的直升机旋翼/机身流场模拟及分析[D]. 王博.南京航空航天大学 2007
本文编号:3687742
【文章页数】:39 页
【学位级别】:硕士
【文章目录】:
摘要
Abstract
引言
1 概述
1.1 研究现状
1.2 本文研究内容
2 数值算法
2.1 计算模型及网格生成
2.2 控制方程及边界条件
2.2.1 欧拉描述的不可压缩NS方程
2.2.2 任意拉格朗日-欧拉描述的不可压缩NS方程
2.3 控制方程的离散
2.3.1 空间离散
2.3.2 时间离散
3 Newton-Krylov-Schwarz算法
3.1 非精确牛顿法
3.2 GMRES算法
3.3 加性Schwarz预条件子
3.4 NKS算法大致流程
4 滑移网格技术
5 数值实验
5.1 测试案例
5.2 并行效率
结语
参考文献
致谢
在读期间公开发表论文(著)及科研情况
【参考文献】:
期刊论文
[1]Numerical simulation of aerodynamic interactions among helicopter rotor,fuselage,engine and body of revolution[J]. CAO YiHua,WU ZhenLong,HUANG JunSen. Science China(Technological Sciences). 2014(06)
[2]Numerical simulation of rotor-airframe aerodynamic interaction based on unstructured dynamic overset grids[J]. XU HeYong & YE ZhengYin National Key Laboratory of Science and Technology on Aerodynamic Design and Research,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710072,China. Science China(Technological Sciences). 2012(10)
[3]基于滑移网格的临近空间螺旋桨流场数值仿真[J]. 程钰锋,聂万胜,胡永平. 直升机技术. 2012(02)
[4]纵列式双旋翼直升机气动力和流场的数值模拟[J]. 王彩枫,杨永飞,林永峰,黄明恪. 直升机技术. 2012(01)
[5]基于滑移网格与RNG k-ε湍流模型的桨舵干扰性能研究[J]. 王超,黄胜,常欣,郭春雨. 船舶力学. 2011(07)
[6]基于CFD的直升机旋翼流场及气动力计算[J]. 徐广,王博,徐国华,招启军. 南京航空航天大学学报. 2011(03)
[7]基于运动嵌套网格的前飞旋翼桨叶气动干扰数值模拟[J]. 肖飞,熊峻江,冯涛. 应用力学学报. 2009(01)
[8]基于滑移网格的带螺旋桨艇体尾流场数值分析方法[J]. 姚震球,高慧,杨春蕾. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2008(02)
硕士论文
[1]基于CFD方法的直升机旋翼/机身流场模拟及分析[D]. 王博.南京航空航天大学 2007
本文编号:3687742
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