三维可压缩非定常分离流的理论和数值模拟研究

航空航天及近空间飞行器中，须要研究大攻角机动飞行，因此非定常的分离是十分关心的课题。例如，什么条件下产生分离；可压缩非定常与定常情况有什么不同；非定常流分离的形态和定常流有何区别；非定常流存在壁面不动和壁面运动两种情况，它们的分离又各自具有什么特色；非定常分离和外界有质量或能量交换，能否利用非定常控制分离。所有这些问题都是国内外尚未解决的。本申请是希望解决以上问题，希望研究给出：（1）可压缩三维非定常流动的分离判据；（2）三维非定常分离的流态发展理论，给出与定常流的差别；（3）建立非定常流的数值模拟方法，验证理论给出的结论和给出非定常流动的流场；（4）探讨控制分离的非定常方法。

本项目自获得资助以来，在三维可压缩非定常分离流理论、高精度非定常计算格式、基于动网格的高效非定常计算方法、复杂非定常流动机理、实际工程应用等方面开展了广泛的研究，完成了申请书中的计划研究内容，主要取得以下成果：.1）通过引入适当的速度空间坐标变换，将非定常分离问题形式上转换成定常三维分离，从而将定常分离流的相关理论和分离判据推广至非定常流，由此建立了三维可压缩非定常流的理论框架，给出了分离和再附判据、物体表面的极限流线拓扑规律、奇点分布规律、极限环产生的条件等，并利用典型问题的数值模拟验证了理论。.2）为了精细地模拟非定常分离流动，构造了系列基于静态结构网格的高阶精度计算格式，并应用于非定常问题的数值模拟。主要包括：解决了高阶精度WENO格式对含激波的流动模拟的不收敛问题，构造了一类具有谱分辨率的线性和非线性紧致格式、一类中心型三阶非线性格式；发展了新优化方法、光滑度量、重线性化技术和分段多项式映射函数法，提出了新型四阶和五阶非线性加权格式。.3）针对复杂动边界非定常问题，发展了动态混合网格生成技术和相应的非定常计算方法，建立了耦合飞行力学、飞行控制的气动/运动/控制一体机计算方法，初步具备了“数值虚拟飞行”的模拟能力。.4）开展了系列复杂非定常流动机理研究，发现了一些新的流动现象，如基于从极限环起始的新的流动分离形态，提出了封闭极限流面的流场结构；通过对双三角翼大攻角分离流的模拟，发现了一种新型的横流涡。.5）利用基于动态混合网格的非定常一体化计算方法，开展了多项实际型号问题的数值模拟应用研究，解决了其中的关键气动问题，如某型导弹姿态控制和过载控制的模拟、某高超飞行器标模的风洞自由飞模拟、多型高超声速飞行器的高速大动压级间分离等等。.在该项目的支持下，在国内外核心情况发表论文22篇，其中SCI收录10篇，EI收录8篇，另有2篇论文被国际期刊录用。在国际学术会议上发表论文12篇，在国内学术34篇，其中国际会议做大会邀请报告5次，在国内学术会议上做大会邀请报告8次。研究成果在国内外产生了较好的反响。