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力学进展 ›› 2014, Vol. 44 ›› Issue (44): 201410-.doi: 10.6052/1000-0992-14-027

• 综述 • 上一篇    下一篇

虚拟飞行中气动、运动和控制耦合的数值模拟技术

张来平1;2; 马戎2 常兴华1;2 赵钟2 赫新1;2   

  1. 1 中国空气动力研究与发展中心, 空气动力学国家重点实验室, 四川绵阳621000
    2 中国空气动力研究与发展中心, 计算空气动力研究所, 四川绵阳621000
  • 出版日期:2014-04-01 发布日期:2014-09-18
  • 作者简介:张来平, 1968 年出生, 1990 年毕业于中国科学技术大学近代力学系, 1993 年和1997 年分别获中国空气动力研究与发展中心流体力学专业硕士和博士学位. 现任中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所研究员、博士生导师, 兼任国际计算流体力学会议(ICCFD) 科学委员会委员、空气动力学学会理事及CFD 专业委员会委员、力学学会流体力学专业委员会CFD 专业组和青年工作委员会委员、计算机学会高性能计算专业委员会委员、《空气动力学学报》和《气体物理》编委. 主要从事静动态非结构/混合网格生成技术、基于非结构/混合网格的定常和非定常计算方法和高阶精度计算格式、复杂非定常流动机理、实际飞行器静动态气动特性数值模拟等方面的研究工作.
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(91016001, 11202227) 资助项目

Review of aerodynamics/kinetics/flight-control coupling methods in virtual flight simulations

Laiping ZHANG 1;2 Rong MA 2 Xinhua CHANG 1;2 Zhong ZHAO 2 Xin HE 1;2   

  1. 1 State Key Laboratory of Aerodynamics, Mianyang, Sichuan 621000, China,
    2 China Aerodynamics Research and Development Center, Mianyang, Sichuan 621000, China
  • Online:2014-04-01 Published:2014-09-18

摘要:

随着计算机科学和计算流体力学的发展, 以非定常数值模拟为核心, 开展气动/运动/控制等多学科耦合的“数值虚拟飞行” 模拟成为可能. 数值虚拟飞行有助于飞行器设计师在设计之初和整个设计过程中分析和评估飞行器的非线性飞行力学和稳定性与控制性能. 该文综述了国内外数值虚拟飞行中“气动/运动/控制” 耦合的一体化模拟技术的研究进展, 分析了其中的关键科学和技术问题, 重点介绍了气动/运动/控制耦合一体化计算方法, 并介绍了作者在一体化耦合计算方法方面取得的进展及初步应用情况. 最后探讨了数值虚拟飞行中的一些挑战性问题, 并对未来发展趋势进行了展望. 可以预期, 随着E 级计算的到来, 在不久的将来, 数值虚拟飞行将给新型飞行器设计带来革命性的变化.

关键词:

数值虚拟飞行|非定常流动|动态网格技术|飞行力学|机动飞行|耦合计算|稳定性及控制

Abstract:

With the rapid development of computer science and computational fluid dynamics (CFD), the fully unsteady simulations of complex geometries, coupled with the
solution of flight dynamics equation and flight control rules, have become possible. The CFD-based virtual flight simulation (VFS) would be helpful for engineers and designers to analyze and evaluate the nonlinear, flight dynamic behavior and the stability and control performance of the aircraft both early in the design phase and throughout sustainment. In this paper, we review the progresses of the aerodynamics/kinetics/flight-control coupling methods in VFS (Virtual Flight Simulation). The key scientific and technical issues in VFS are discussed, with an emphasis on the coupling strategies of aerodynamics/kinetics/flightcontrol.
The authors’ work in this field is introduced, together with some preliminary applications. Finally, we discuss several grand challenges in VFS, as well as future research trends. We believe that along with the presence of exascale computing, the CFD-based VFS will lead to a revolutionary change on the design of new generation flight vehicles in the near future.

Key words:

virtual flight simulation|unsteady flows|moving grid technique| flight dynamics|maneuver|coupling computations|stability and control

中图分类号: 

  • V211.3