本书主要阐述气动弹性CFD/CSD耦合计算分析关键技术：静动态多块结构网格生成技术、定常/非定常气动力Euler/N-S方程计算方法、结构动力学方程求解和流-固耦合界面信息传递技术、飞行器静气动弹性CFD/CSD迭代计算方法、飞行器颤振特性CFD/CSD时域耦合计算方法以及气动弹性CFD/CSD耦合技术的工程实际应用。
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目录
第1章 绪论 1
第2章 多块结构动态网格生成 3
2.1 网格质量判据 3
2.1.1 网格单元质量 3
2.1.2 网格整体质量 4
2.2 TFI动态网格技术 5
2.3 RBF动态网格技术 7
2.3.1 RBF理论 7
2.3.2 基函数对动态网格质量的影响 9
2.4 IDW动态网格技术 10
2.5 RB^TFI动态网格技术 10
2.5.1 RBF-TFI混合方法 10
2.5.2 控制点选取的改进措施 11
2.5.3 RBF-TFI动态网格生成二维算例 12
2.5.4 RBF-TFI动态网格生成三维算例 12
2.6 IDW- TFI动态网格技术 14
2.6.1 IDW-TFI混合方法 14
2.6.2 IDW-TFI动态网格生成二维算例 14
2.6.3 IDW-TFI动态网格生成三维算例 15
2.7 预估-校正特大变形动态网格技术 16
2.7.1 预估-校正动态网格生成方法 16
2.7.2 预估-校正动态网格生成二维算例 19
2.7.3 预估-校正动态网格生成三维算例 21
第3章 Euler/N-S方程数值解法 22
3.1 流体运动Euler/N-S控制方程 22
3.2 有限体积法 25
3.3 空间离散格式 26
3.3.1 中心格式 26
3.3.2 Roe格式 28
3.3.3 黏性通量计算 31
3.4 时间离散格式 31
3.4.1 五步Runge-Kutta显式时间推进 31
3.4.2 LU-SGS隐式时间离散方法 32
3.5 湍流模拟 33
3.5.1 雷诺平均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 边界条件 36
3.6.1 物面边界 37
3.6.2 远场边界 37
3.6.3 对称边界 38
3.7 加速收敛措施 39
3.7.1 当地时间步长 39
3.7.2 隐式残值光顺 39
3.7.3 低速预处理 40
3.7.4 并行算法 42
3.8 定常气动力计算算例 43
3.8.1 多段翼型黏性绕流 43
3.8.2 GIT模型 43
3.8.2 DLR-F4翼身组合体 45
3.8.3 跨声速机翼抖振初始迎角N-S方程定常计算分析 45
3.9 非定常气动力Euler/N-S方程计算 50
3.9.1 动网格系统N-S方程 50
3.9.2 双时间推进法 51
3.9.3 几何守恒律 53
3.9.4 边界条件及湍流模拟 53
3.9.5 非定常气动力计算算例 53
第4章 气动-结构数据传递 57
4.1 气动-结构数据传递基本理论 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模态插值算例 60
4.3 TPS插值方法 61
4.4 MPC插值方法 62
第5章 静气动弹性CFD/CSD耦合计算 64
5.1 柔度法、模态法结构变形计算 64
5.1.1 柔度法 64
5.1.2 模态法 65
5.2 基于柔度法或模态法的静弹CFD/CSD耦合迭代算法 66
5.2.1 静弹CFD/CSD高效耦合算法 66
5.2.2 飞翼布局柔度法、模态法静弹计算 67
5.2.3 大型客机柔度法静弹计算 68
5.3 静弹CFD/FEM耦合计算方法 70
5.3.1 气动网格节点力计算 70
5.3.2 静弹CFD/FEM耦合迭代算法 71
5.3.3 大型客机机翼静弹CFD/FEM耦合计算分析 71
5.4 大型客机机翼型架外形设计 74
5.4.1 机翼型架外形设计的一般形式方程组 75
5.4.2 基于柔度法的机翼型架外形设计计算方法 75
5.4.3 大型客机机翼型架外形设计算例 76
5.5 大展弦比机翼风洞模型静弹修正计算 77
5.5.1 基于变形测量值的静弹修正计算 77
5.5.2 基于结构刚度反演的静弹修正计算 79
第6章 颤振特性CFD/CSD时域耦合计算 83
6.1 结构运动方程求解 83
6.1.1 结构运动方程 83
6.1.2 结构运动方程量纲分析 84
6.1.3 结构运动方程的Runge-Kutta法求解 86
6.1.4 结构运动方程的杂交预估-校正法求解 86
6.2 颤振计算时域法 87
6.2.1 CFD/CSD时域耦合算法 88
6.2.2 Φ型机翼颤振计算 89
6.2.3 大展弦比机翼静、动气动弹性一体化计算 90
6.3 可压流颤振计算的变质量、变刚度方法 92
6.3.1 变质量方法 92
6.3.2 变刚度方法 93
6.3.3 翼身尾组合体颤振特性计算 93
6.4 不同马赫数下全空域范围颤振计算分析流程 96
6.5 考虑结构多方向复合振动的颤振计算 96
6.5.1 带翼梢小翼机翼模型颤振计算 97
6.5.2 带翼尖外挂飞机模型颤振计算 98
6.6 跨声速风洞模型颤振计算 98
6.6.1 跨声速颤振风洞试验方法 99
6.6.2 基于无反射边界条件的风洞模型颤振计算 99
6.6.3 基于开孔壁流动模型的风洞模型颤振计算 101
6.7 几何非线性颤振计算 107
6.7.1 几何非线性颤振计算方法 107
6.7.2 大展弦比机翼几何非线性颤振计算 107
第7章 突风响应CFD/CSD时域耦合计算 110
7.1 网格速度法 110
7.1.1 传统网格速度法 110
7.1.2 考虑黏性通量修正的网格速度法 111
7.1.3 基于网格速度法的翼型俯仰运动数值模拟 111
7.1.4 基于网格速度法的翼型突风响应计算 113
7.2 突风响应CFD/CSD时域耦合计算 114
7.2.1 刚体六自由度方程 114
7.2.2 突风响应CFD/CSD时域耦合算法 115
7.2.3 刚性机翼突风响应计算分析 115
7.2.4 自由弹性机翼突风响应计算分析 117
第8章 航空发动机叶片气动弹性CFD/CSD耦合计算 120
8.1 旋转坐标系下N-S方程求解 120
8.1.1 旋转坐标系下N-S方程 120
8.1.2 旋转坐标系下N-S方程空间、时间离散 122
8.1.3 SARC湍流模型 123
8.1.4 边界条件 124
8.1.5 Rotor67定常流动计算 126
8.2 叶轮机械非定常流动模拟 132
8.2.1 非定常N-S方程时间精确求解 132
8.2.2 叶片振动动态网格生成 133
8.2.3 动静叶排干扰模拟方法 134
8.2.4 轴流式Aachen 1.5级涡轮非定常流场计算 135
8.3 叶片静气弹CFD/CSD耦合计算 138
8.3.1 冷态至热态问题（静气弹正问题） 138
8.3.2 热态至冷态问题（静气弹反问题） 147
8.4 基于能量法的振荡叶片流场和颤振计算 153
8.4.1 叶间相位角问题 153
8.4.2 相位延迟类方法 154
8.4.3 算例验证 159
8.5 基于CFD/CSD耦合的时域法颤振计算 168
8.5.1 CFD/CSD时域耦合算法 168
8.5.2 Rotor67风扇转子叶片颤振计算 170
8.5.3 某风扇叶片失速颤振计算 173
8.5.4 失速颤振浅析 181
8.6 航空发动机复杂颤振问题 182
8.6.1 考虑叶间相位角的时域法颤振计算分析 183
8.6.2 带阻尼凸肩叶片的时域法颤振计算分析 185
8.6.3 多排叶片时域法颤振计算分析 191
参考文献 196
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