本书总结了关于直升机计算流体动力学(CFD)基础方法研究方面的最新进展和经验，并结合国内外的已有成果进行了对照。阐述了直升机 CFD方法的研究进展、计算流体动力学基础知识、直升机 CFD 方法中的二维和三维网格生成技术、运动嵌套网格技术、非结构网格技术、滑移网格及其他网格技术，详细介绍了空间离散方法、时间离散方法及求解条件、流场高效推进方法、混合 CFD 方法、动量源方法等，给出了悬停状态、前飞状态直升机旋翼流场、气动特性及旋翼/机身干扰流场的算例结果，并与试验结果和参考结果进行了对比，供读者参考使用。
样章试读
目录
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序
前言
符号表
第1章绪论1
1.1直升机旋翼空气动力学概述1
1.2直升机CFD研究进展3
1.2.1位势方程的发展及应用3
1.2.2Navier-Stokes方程的发展及应用4
1.2.3旋翼CFD/CSD耦合方法的发展7
1.2.4国内直升机CFD研究概况8
1.2.5旋翼CFD方法中的网格技术9
1.3本书的研究脉络10
参考文献12
第2章计算流体动力学基础知识17
2.1流体力学控制方程17
2.1.1基本假设17
2.1.2控制方程19
2.1.3Navier-Stokes方程与Euler方程22
2.1.4流体力学控制方程的性质23
2.1.5小扰动和全位势方程28
2.2有限差分理论基础28
2.2.1差分格式建立基础29
2.2.2差分格式及其构造31
2.2.3差分格式的性质34
2.2.4数值耗散与数值色散37
参考文献38
第3章网格生成方法39
3.1二维翼型结构网格分类40
3.2翼型构型的参数化方法及表面点加密方法42
3.3基于代数法的初始网格生成44
3.3.1常用的代数法44
3.3.2CLORNS代码中的二维旋翼翼型初始网格生成方法47
3.4二维翼型网格的椭圆型偏微分方程生成方法49
3.4.1网格坐标变换49
3.4.2泊松方程的差分离散52
3.4.3源项的确定方法54
3.4.4泊松方程生成网格结果56
3.5其他网格生成方法59
3.5.1双曲型偏微分方程法59
3.5.2抛物型偏微分方程法61
3.6三维桨叶网格生成方法61
3.6.1参数化桨叶网格生成方法62
3.6.2三维泊松方程法生成桨叶网格67
3.7围绕复杂外形的三维结构网格生成69
3.7.1抛物型法向外推法70
3.7.2三维网格生成结果72
参考文献73
第4章运动嵌套网格技术75
4.1嵌套网格技术概述75
4.2直升机常用运动嵌套网格系统76
4.2.1二维翼型动态失速运动嵌套网格系统76
4.2.2三维旋翼运动嵌套网格系统77
4.2.3倾转旋翼机全机贴体嵌套网格系统78
4.3点和单元的位置关系判别方法79
4.3.1角度求和法79
4.3.2表面矢量法80
4.4挖洞方法80
4.4.1“Hole-map"方法80
4.4.2“透视图"方法81
4.4.3“扰动衍射"方法84
4.4.4挖洞方法的对比87
4.5插值方法与贡献单元搜索方法88
4.5.1线性插值88
4.5.2“Inverse-map”方法89
4.5.3最小距离方法93
4.5.4伪贡献单元搜寻法95
参考文献97
第5章其他网格技术99
5.1非结构网格99
5.1.1生成方法99
5.1.2非结构网格在直升机CFD中的应用104
5.1.3混合网格107
5.2滑移网格109
5.2.1基本概念109
5.2.2主要难点110
5.2.3计算流程112
5.3变形网格112
5.3.1代数方法113
5.3.2弹簧网格方法114
5.4聚合多重网格117
5.4.1主要概念117
5.4.2主要过程118
5.4.3应用举例118
5.5自适应网格方法120
5.5.1自适应网格的数据结构121
5.5.2初始网格生成122
5.5.3网格的加密及稀疏122
5.5.4网格自适应的应用123
参考文献128
第6章旋翼流场的控制方程130
6.1旋翼的运动与坐标变换130
6.1.1运动坐标系130
6.1.2坐标变换131
6.1.3旋翼变距坐标系下的角速度矢量表达132
6.2垂直飞行状态旋翼流场求解的控制方程132
6.3前飞状态旋翼非定常流场的控制方程138
6.4湍流模型139
6.4.1Baldwin-Lomax湍流模型140
6.4.2Spalart-Allmaras湍流模型141
6.4.3SST湍流模型143
参考文献145
第7章空间离散方法146
7.1控制方程离散146
7.2控制体单元几何信息147
7.2.1二维网格单元147
7.2.2三维网格单元148
7.2.3偏导数计算方法150
7.3空间离散的Jameson中心格式150
7.4空间离散的高阶插值格式152
7.4.1MUSCL插值格式153
7.4.2WENO插值格式154
7.5AUSM类格式157
7.6Roe格式159
7.7旋转通量的计算161
参考文献162
第8章时间离散方法及求解条件163
8.1显式时间推进163
8.2隐式时间推进164
8.3双时间推进167
8.4边界条件169
8.4.1虚拟网格技术169
8.4.2周期性边界条件169
8.4.3动量理论推导的边界条件170
8.4.4远场边界条件171
8.4.5物面边界条件173
8.5初始条件174
参考文献174
第9章高效推进方法176
9.1焓阻尼方法176
9.2隐式残值光顺方法177
9.3多重网格方法178
9.3.1多重网格方法原理179
9.3.2多重网格方法在求解N-S方程中的应用183
9.3.3多重网格方法的实施184
9.3.4多重网格方法的应用185
9.4并行计算方法186
9.4.1并行术语及影响并行的因素188
9.4.2程序并行化步骤及性能优化方法190
9.4.3OpenMP并行程序设计192
9.4.4MPI并行程序设计195
9.5低速预处理方法199
9.5.1低速预处理方法原理199
9.5.2低速预处理方法的验证204
参考文献205
第10章混合CFD方法207
10.1全位势方程的求解207
10.1.1控制方程207
10.1.2求解方法208
10.2自由尾迹方法的求解209
10.2.1尾迹涡线的控制方程210
10.2.2涡元的诱导速度210
10.2.3涡核修正211
10.2.4涡线的离散212
10.2.5尾迹的迭代求解213
10.3N-S方程/全位势方程/自由尾迹方法214
10.3.1信息传递215
10.3.2计算流程216
10.3.3算例及结果分析217
10.4黏性涡粒子方法及求解221
10.4.1涡运动控制方程221
10.4.2涡量场的离散221
10.4.3涡量输运方程的求解方法222
10.4.4加速算法224
10.5VVPM/N-S混合CFD方法的建立226
10.5.1混合方法的实现226
10.5.2计算域间的信息变换226
10.5.3耦合方法的计算流程228
10.5.4算例分析228
参考文献231
第11章动量源方法233
11.1定常动量源方法233
11.1.1坐标系转换234
11.1.2动量源项推导235
11.1.3带有动量源项的流场求解238
11.2非定常动量源方法241
11.2.1Rajagopalan方法241
11.2.2Kim和Park方法242
11.2.3BFMS方法243
11.2.4不同非定常动量源方法对比246
11.3动量源方法的应用247
11.3.1在直升机旋翼中的应用247
11.3.2在倾转旋翼中的应用251
11.3.3在涵道尾桨中的应用253
参考文献257
第12章直升机CFD方法的验证259
12.1CLORNS代码介绍259
12.1.1CLORNS代码架构260
12.1.2CLORNS代码各模块流程图262
12.2旋翼悬停流场的模拟263
12.2.1桨尖涡的模拟263
12.2.2气动特性的模拟266
12.2.3性能对比272
12.3旋翼前飞流场的模拟279
12.3.1旋翼操纵量配平279
12.3.2桨尖涡的模拟280
12.3.3气动特性的模拟282
12.4直升机全机干扰流场的模拟295
12.4.1ROBIN旋翼/机身干扰流场计算295
12.4.2海豚直升机全机干扰的数值模拟304
参考文献308
索引311
图版315
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