基于黎曼问题的翼型大攻角固壁边界处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于黎曼问题的二维翼型大攻角固壁边界处理方法，针对控制方程为欧拉方程的二维翼型大攻角问题，在滑移固壁的法向方向上提出一个黎曼问题，并通过基于激波或者稀疏波关系式来求解该黎曼问题，从而得到固壁边界上的值，给出固壁边界条件；该方法充分地利用黎曼问题解的保正性，解决了通常固壁边界条件容易出现负压力的问题，而且该方法也用于小攻角情况，具有一般适用性。本发明的积极效果是：该固壁边界处理方法解决了大攻角下二维翼型流场计算中容易出现负压的问题，同时该方法可以用于一般的流场计算固壁处理，具有很好通用性。
【专利说明】基于黎曼问题的翼型大攻角固壁边界处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及可压缩流体的数值模拟中的固壁边界处理，尤其是翼型绕流计算和大 攻角下数值计算中的固壁边界处理方法
【背景技术】
[0002] 现代高性能战斗机和战术导弹为了获得良好的飞行机动性和敏捷性，往往要求在 很大的攻角下飞行。大迎角飞行与机动是现代战斗机的重要特征之一，能够准确地模拟大 迎角非定常流场结构及预测相应的大迎角非定常气动力特性，对现代战斗机及其控制系 统的设计至关重要。在大攻角下的流场比较复杂，现在的商业软件和数值算法在计算机翼 绕流流场时，当攻角到达一定程度（大概20度）之后，容易出现负压问题导致计算失败。这 是因为在大攻角下机翼上缘背部出现一个低压区，简单的边界处理或者非物理的处理都可 能在边界附近出现负压，从而导致无法进行正确的数值模拟。
【发明内容】
[0003] 为了解决机翼大攻角绕流计算中现有固壁边界处理技术中的不足，本发明提供了 一种基于黎曼问题的固壁边界处理方案，利用固壁边界附近单元和固壁边界条件来构造一 个黎曼问题，通过该黎曼问题来求得壁面上的压力、密度等状态量，根据黎曼问题的保正 性，从而解决了传统方法容易在大攻角下出现负压的问题，且该方法对于小攻角下情况也 具有适用性。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
【权利要求】
1. 一种基于黎曼问题的固壁边界处理，其特征是：在固壁附近单元处利用边界条件来 构造一个黎曼问题，其状态分别为：
其中分别表示壁面邻近单元的密度，法向速度和压力，均为已知； 分别表示壁面上密度，法向速度和压力，其中根据边界类型给出，比如滑移边界条件上 U? = 〇<.
2. 根据权利要求1所述的黎曼问题，其特征是：未知量Spw，Pw，其余为已知量，且利 用激波关系式可以得到，
其中Y是流体的比热容比，对于理想气体而言Y = 1.4,令$ =竞-1，则上式可以改 写成
根据s就可以得到壁面压力Μ =Ρ·2(1 +4上述有两个解，需要一个准则来判断哪个 是需要的解。
3. 根据权利要求1或2所述的黎曼问题以及根据黎曼问题解得壁面压力pw，其特征是： Pw必须为正值，且当流体流向壁面时，壁面压力增大，从而Pw > P2反之，当流体流离壁面时， 壁面压力减小，此时Pw < P2。因此，根据壁面附近的单元2的法向速度来选择pw，也就是
需要根据上式唯一确定S,通过pw = p2(s+l)唯一的确定壁面压力pw。
4. 根据权利要求1或2所述的黎曼问题以及根据黎曼问题待求壁面密度Pw，其特征 是：P w必须为正值，且满足密度和压力的关系式：
从而确定pw，且保为正值。
【文档编号】G06F19/00GK104050383SQ201410300846
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】刘铁钢, 王正 申请人:北京航空航天大学