应用空气动力学

一.简述应用空气动力学在飞机设计中的应用1）气动外形以及翼型的多学科优化2）气动性能估算，升阻特性，力矩等3）确定气动载荷，作为结构设计依据。4）确定气动特性参数，稳定性，控制，操纵品质等5）气动弹性分析，颤振，发散二.N-S方程，欧拉方程，全位流方程，跨声速小扰动方程和Laplace方程的适用范围以及这些方程的联系和区别。答：N-S：对流体可完整描述，非定常，可压缩，可描述湍流，真实可靠欧拉：无粘假设，一般0.2~0.3马赫数，可认为不可压缩可压缩，全速势：假定欧拉无旋，在流场中激波不太强时，用于民机的气动设计跨声速小扰动：绕流物体比较薄，细长的Laplace:全位流方程做不可压假设三．面元法和涡格法是基于什么方程求解，有什么异同，简述涡格法求解步骤答：1，拉普拉斯方程2，同：a基本求解都是基于一个面上b边界条件在控制点上是不可穿透的c求解高维线性方程组得知每个基本解的强度异：a涡格法强调升力，不能模拟厚度b边界条件不一样，涡格法布置在中性面上，不在实际的面上c基本解布置位置不一样，涡格法不是布置在整个面上d涡格法考虑的是薄面，面元法对厚度没限制3，涡格法求解步骤a对某个近似平面用四边形划分涡格b在每个涡格上布置马蹄涡（1/4c）c每个涡格控制点满足不可穿透条件d根据每个马蹄涡的环量强度，计算每个马蹄涡的升力，然后据此计算全机的升力4.面元法求解步骤：将翼型上下表面打断城直线段，假定在每一线段或者每一块面内点源强度是一个常量，每个快之间是不同的值，而涡格强度对每个面内都是常量。四，简述CFD求解方程答：1建立控制方程——2确立初始条件及边界条件——3划分网格，生成计算节点——4建立离散方程——5离散初始条件和边界条件——6给定求解控制参数——7求解离散方程——8判断解是否收敛（不收敛则返回4）——9显示和输出计算结果五．什么是离散化？常用离散化的方法，各自的特点。答：1,离散化：在对制定问题进行CFD计算之前，首先要将计算区域离散化，即对空间上连续计算的区域进行划分，把他划分成多个子区域，并确定每个区域中得节点，从而生成网格。然后将控制方程在网格上离散，即将偏微分格式的控制方程转化为各个节点上的代数方程组。对于瞬态问题，还要进行时间域的离散。即对计算区域进行空间和时间方向的离散。2，常用的离散化有：a有限差分法：直接将微分问题变成代数问题的近似数值解法，这种方法发展较早，比较成熟，适用于求解双曲型和抛物型问题，但求解边界条件复杂、尤其是椭圆问题不如有限元或有限体积法方便。b有限元法：具有广泛的适应性，特别适用于集合无力条件比较复杂的问题（尤其是对椭圆问题有更好的适用性）。求解速度比有限差分法和有限体积法慢，故在CFD软件里应用并不普遍。c有限体积法：简单地说，子域法加离散，就是有限体积法的基本方法。特点是计算效率高，在CFD领域得到了广泛应用。六.一维对流方程 +a=0，试分别用显式时间向前、空间向后差分格式和隐式Qt dx时间向后、空间中心差分格式对其进行离散，写出显式格式的稳定条件，并说明这两种格式的特点。七•一维对流方程託+a忘=0。给定初始条件u（x，°）二F（x）。用特征线化求“时刻x1处的u值。八．二维稳态无源项的对流扩散问题。d（pu©）a（pv©） 6（別、Q/別、+ = （T）+ （T）ax ay axaxayay已知P二1,u二1,v二4,t二1。试用一阶迎风格式，写出关于节点1,2,3,4,处的©值的离散方程组。九．当地时间步长，多重网格，预处理的加速收敛机理？答：当地时间步长：AtAx,At答：当地时间步长：AtAx,AtQCFLmaxmax多重网格：多重网格是一种非常有效的加速收敛技术，即可用于显式格式，又可用于隐式格式。其思想是，为了是密网格上的流场计算尽可能快地收敛到最终的定常解，同时在另外几套依次变稀的网格上做计算，稀网格的计算结果再反馈给密网格。其加速收敛的机理是：大多数的计算是在稀网格上进行的，可取较大的时间步长，而且计算量较小。（收敛快，计算机时少）绝大部分显式或隐式时间推进和迭代求解方法降低高频误差有效，对降低低频误差效果很差。计算域内所有频段的误差都得到降低才能达到最终的定常解（一般地，对一给定的网格，经过若干迭代步，可以很快消除掉高频误差，而低频误差则需要更多的迭代步数）。多重网格正是在快速消除高低频误差这一点上有很大帮助：密网格上的低频误差相当于稀网格上的高频误差，所以在各自不同密度的网格上快速降低各自的高频误差，相当于同时降低了密网格上从高到低的所有频率的误差。4预处理技术当流速很低或流体不可压时拓原流体控制方程的求解方法佥面临所谓收敎慢、精度低的

“刚性"间题=如” "" ……一dp,I A才特征值血=込A-2-it,屉=站+6kq=g鸟 那么血=- 0Cstiffproblem>rJnn«这一“刚性”间题可采用预处理技术解決a预处理俞的方程（原始变量濺=6UP0=6UP00一UDU01/戸V00U0.00Sdidx对方程进行预处理孵阴