文章導(dǎo)讀

直升機關(guān)鍵技術(shù)及未來發(fā)展與設(shè)想(1-10，doi：10.7638/kqdlxxb-2021.0042)吳希明，牟曉偉

直升機區(qū)別于固定機翼飛機的最大特點在于飛行原理、復(fù)雜氣動和結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性、極致重量設(shè)計等。文章對直升機技術(shù)難點進(jìn)行了剖析，對當(dāng)前技術(shù)發(fā)展情況及解決方法進(jìn)行了闡述，對世界直升機技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行了分析與研究，提出了我國直升機技術(shù)未來發(fā)展的三個重要方向——先進(jìn)直升機旋翼槳葉翼型設(shè)計技術(shù)、智能旋翼技術(shù)和高速直升機技術(shù)，以及各發(fā)展方向關(guān)鍵技術(shù)的科學(xué)內(nèi)涵和解決途徑，為我國直升機未來發(fā)展提供思路。

高壓捕獲翼構(gòu)型的跨流域氣動特性(11-20，doi：10.7638/kqdlxxb-2020.0144)田鵬，李廣利，崔凱，李志輝，張俊

高超聲速飛行器在過渡流域（70～100 km）飛行時面臨的稀薄效應(yīng)會對氣動性能產(chǎn)生較大影響。高壓捕獲翼構(gòu)型在連續(xù)流區(qū)有較好的增升效果，但目前缺乏該構(gòu)型在過渡流域的相關(guān)研究。本文采用DSMC方法，模擬了一種簡化模型在過渡流域、Ma=20條件下的流動，分析了稀薄效應(yīng)對該構(gòu)型氣動性能的影響。結(jié)果表明，過渡流域中該構(gòu)型的增升效果減弱，同時摩擦阻力占比迅速上升，采用適應(yīng)系數(shù)較低的壁面材料可以緩解這一問題。

黎曼邊界條件在高階精度非結(jié)構(gòu)有限體積方法中的驗證與應(yīng)用(21-32，doi：10.7638/kqdlxxb-2020.0087)孔令發(fā)，劉偉，董義道

黎曼邊界條件是一種弱施加邊界條件，其通過引入有限波模型，有效簡化了亞聲速邊界條件的施加過程。本文將這種邊界條件施加方式推廣至高階精度非結(jié)構(gòu)有限體積離散。從計算效果來看，黎曼邊界條件能夠保持計算精度，并且相比基于一維黎曼不變量的無反射邊界條件，該邊界條件的施加過程簡便，且維持了較好的出口特性，為基于非結(jié)構(gòu)有限體積方法的高精度數(shù)值模擬提供了一種簡單有效的亞聲速邊界處理方式。

冷卻塔群塔干擾條件下脈動風(fēng)壓分布模式(33-43，doi：10.7638/kqdlxxb-2020.0180)趙林，陳翰林，錢永豐，李敬生，葛耀君

為了研究群塔組合條件下脈動風(fēng)壓的干擾分布模式，選取具備多種氣動干擾特點的八塔組合矩形布置方案為研究對象，對群塔進(jìn)行剛性模型同步測壓風(fēng)洞試驗，獲取了不同風(fēng)向角條件下塔筒表面的脈動風(fēng)壓分布。結(jié)合風(fēng)向角的變化，將脈動風(fēng)壓分布形式總結(jié)為“V”型、“M”型、半“V”型+半“M”型分布三類，研究歸納其形成機理分別為“弱干擾”、“對稱強干擾”和“非對稱強干擾”三種類別，并提出了基于三角函數(shù)的脈動風(fēng)壓擬合九項式。

一種基于STL文件的LBM前處理高效算法(44-50，doi：10.7638/kqdlxxb-2020.0009)張曉瀟，張武，褚學(xué)森，王良軍，楊廣文

LBM是一種計算流體數(shù)值方法，計算過程中需要獲得格點類型信息。文中的算法根據(jù)面三角形找到模型的邊界點集，然后由邊界點判定出模型內(nèi)部點和外部點，從而完成對模型的重建。對三個不同模型進(jìn)行重建比較，研究表明，直接法的耗時隨著幾何復(fù)雜度增加而急劇增加，但本文算法能一直保持低耗時。例如CHN-T1模型使用直接法120核并行運算共耗時11 s，而本文算法采用單核僅耗時20 s，極大提高了LBM針對復(fù)雜幾何的前處理效率。

基于改進(jìn)的k-ω-γ轉(zhuǎn)捩模式預(yù)測高超聲速飛行器氣動特性(51-61，doi：10.7638/kqdlxxb-2019.0146)王亮，周玲

采用改進(jìn)的k-ω-γ轉(zhuǎn)捩模式對類X-51A高超聲速飛行器進(jìn)行了全機邊界層轉(zhuǎn)捩預(yù)測。分析了飛行攻角和雷諾數(shù)對邊界層轉(zhuǎn)捩的影響規(guī)律，研究了邊界層轉(zhuǎn)捩對飛行器氣動力和進(jìn)氣道性能的影響。發(fā)現(xiàn)邊界層轉(zhuǎn)捩對飛行器升力系數(shù)和俯仰力矩系數(shù)影響較小，對阻力系數(shù)影響較大。邊界層轉(zhuǎn)捩可減小高超聲速飛行器前體壓縮面拐角處的分離，降低喉道截面馬赫數(shù)，提高增壓比。研究結(jié)果可為高超聲速飛行器的控制系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計提供技術(shù)參考。

黏性邊界層修正對前體/進(jìn)氣道一體化乘波布局氣動性能影響分析(62-70，doi：10.7638/kqdlxxb-2020.0021)王旭東，王江峰，程克明，陳江濤

以構(gòu)建具有消波隔離段的內(nèi)外流一體化乘波氣動布局為目的，發(fā)展了一種多級波系錐導(dǎo)或吻切錐乘波體的附面層黏性修正方法，耦合了基于特征線法的乘波體設(shè)計方法和高超聲速可壓縮軸對稱流動的馮卡門動量方程積分方法，修正附面層位移厚度，得到黏性情況下精確的乘波布局。計算結(jié)果顯示，設(shè)計狀態(tài)下修正構(gòu)型的波系位置與設(shè)計預(yù)期一致，消除了隔離段內(nèi)多次反射激波。該方法適用于吸氣式高超聲速飛行器前體/進(jìn)氣道的精確設(shè)計。

考慮滑流影響的分布式螺旋槳布局優(yōu)化設(shè)計(71-79，doi：10.7638/kqdlxxb-2020.0189)楊偉，范召林，吳文華，余雷

基于雷諾平均Navier-Stokes方程，用等效盤代替真實螺旋槳，采用重疊網(wǎng)格方法自動生成優(yōu)化過程中所需的流場計算網(wǎng)格，獲得機翼在滑流影響下的氣動數(shù)據(jù)。基于量子粒子群尋優(yōu)算法建立分布式螺旋槳布局優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)。使用該系統(tǒng)對采用NACA4412翼型的平直機翼和5個前緣分布式螺旋槳組成的構(gòu)型進(jìn)行了布局優(yōu)化設(shè)計。結(jié)果表明：分布式螺旋槳動力布局優(yōu)化后，構(gòu)型在起飛狀態(tài)下升力系數(shù)提高5.6%，同時阻力系數(shù)減小13.9%。

艦船縱搖突變對艦面流場的影響(80-89，doi：10.7638/kqdlxxb-2019.0136)李通，王逸斌，趙寧

海浪的隨機性會造成艦船搖擺參數(shù)變化，擾亂艦面流場，增加艦載機甲板作業(yè)的危險性。因此在縱搖狀態(tài)下對艦面流場進(jìn)行數(shù)值模擬，定性和定量分析了甲板上方渦結(jié)構(gòu)的發(fā)展以及艦船縱搖周期和振幅的突變對流場結(jié)構(gòu)帶來的影響。當(dāng)艦船突然開始縱搖或縱搖周期減半后，上層建筑和艦尾附近的位置要滯后于艦首一段時間才能建立起周期性流動。當(dāng)縱搖振幅減半后，流場變化平緩。甲板上方各觀測點垂向速度的波動都隨高度的降低而增強。

S1223翼型低雷諾數(shù)下分離泡及氣動特性(90-98，doi：10.7638/kqdlxxb-2020.0075)王皓田，朱楊柱，車學(xué)科，李修乾

采用表面測壓技術(shù)，測量了低雷諾數(shù)下(Re= 6.0×104、1.0×105、2.0×105)S1223翼型的表面壓力，獲取了翼型穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)壓力和升力系數(shù)，研究了雷諾數(shù)及攻角對翼型升力的影響機理。結(jié)果表明，S1223翼型在低雷諾數(shù)下存在“靜態(tài)滯回”效應(yīng)。負(fù)攻角下，下翼面隨攻角增大存在由分離到出現(xiàn)層流分離泡再到分離泡消失的過程，引發(fā)升力系數(shù)非線性現(xiàn)象。當(dāng)攻角超過臨界攻角后，翼型周圍流場迅速發(fā)生大范圍流動分離，升力系數(shù)迅速減小；而Re= 2.0×105時，流場發(fā)生低頻振蕩現(xiàn)象，升力系數(shù)呈現(xiàn)準(zhǔn)周期性變化。

近壁湍流中微小非球形顆粒取向行為研究綜述(99-108，doi：10.7638/kqdlxxb-2021.0045)崔智文，趙立豪

本文回顧了近十年關(guān)于微小非球形顆粒在壁湍流中取向行為的數(shù)值研究進(jìn)展，重點介紹了數(shù)值方法和物理機理方面的發(fā)現(xiàn)。在壁面附近，桿狀顆粒會傾向性地朝著流向方向而碟狀顆粒會傾向于朝著壁面法向，且這種傾向性取向行為與流體的拉格朗日的拉伸與壓縮方向具有較強相關(guān)性。但是該相關(guān)性在壁面附近要弱于其在遠(yuǎn)離壁面的槽道中部或均勻各向同性湍流的相關(guān)性，且近壁區(qū)的顆粒行為呈現(xiàn)出較明顯的形狀敏感性。

微納顆粒兩相流系統(tǒng)中湍流脈動效應(yīng)研究綜述(109-120，doi：10.7638/kqdlxxb-2021.0030)楊海林，林建忠

給出了微納顆粒兩相湍流中顆粒一般動力學(xué)方程，分析了該方程包含的因湍流脈動導(dǎo)致的未封閉源項。回顧了湍流脈動對顆粒成核、生長、凝并以及破碎作用的研究。敘述了用直接數(shù)值模擬（DNS）方法、蒙特卡洛法、大渦模擬方法（LES）以及雷諾平均方法（RANS）對方程進(jìn)行求解的研究成果。介紹了對顆粒一般動力學(xué)方程進(jìn)行封閉求解的研究途徑。并提出了將來值得進(jìn)一步探討的重要問題。

單氣泡池沸騰傳熱中的重力效應(yīng)數(shù)值模擬(121-129，doi：10.7638/kqdlxxb-2021.0039)趙建福，張良，杜王芳，李會雄

數(shù)值模擬了不同重力條件下考慮加熱固壁瞬態(tài)熱響應(yīng)的單氣泡池沸騰傳熱現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)在低熱流密度下氣泡脫落直徑與Fritz模型預(yù)測結(jié)果一致，氣泡脫落頻率與重力成正比。傳熱特性在重力約0.03g0兩側(cè)表現(xiàn)出明顯不同的特征：高于該臨界值時，熱流密度正比于重力的n次方，標(biāo)度指數(shù)n隨著壁面過熱度單調(diào)增大；低于該臨界值時，則呈現(xiàn)出重力無關(guān)的特征。重力無關(guān)區(qū)傳熱性能受固壁瞬態(tài)熱響應(yīng)的影響比重力相關(guān)區(qū)更為明顯。

水平T型管兩相流流致振動實驗研究(130-137，doi：10.7638/kqdlxxb-2021.0033)宿恒，瞿葉高，周劭翀，周瑩，彭志科

開展了氣液兩相流作用下的水平T型管流致振動實驗，考察了不同氣液表觀流速下段塞流對流體脈動壓力和管道振動響應(yīng)的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明：段塞流引起的脈動壓力頻率集中分布在0～15 Hz，T型管各分支管路相分配隨氣相表觀流速增加趨向均勻，壓力幅值隨氣相表觀流速的增加而增大；兩相流作為寬頻激勵主要激起管道的運行模態(tài)并以一階振動模態(tài)為主；主管路振動響應(yīng)幅值最高，峰值頻率最小，徑向分支管路振動幅值最小。

多相流系統(tǒng)的離散玻爾茲曼研究進(jìn)展(138-169，doi：10.7638/kqdlxxb-2021.0021)許愛國，陳杰，宋家輝，陳大偉，陳志華

針對宏觀連續(xù)模型物理功能不足、而分子動力學(xué)方法因適用尺度受限而無能為力的介尺度兩難情形，從統(tǒng)計物理學(xué)基本原理出發(fā)，給出離散玻爾茲曼建模的基本原則和主要步驟，簡要介紹其在相分離、燃燒、流體不穩(wěn)定性等研究中的應(yīng)用。作為系統(tǒng)行為粗粒化描述的一種物理模型構(gòu)建方法，離散玻爾茲曼根據(jù)研究需求，選取一個視角，研究系統(tǒng)的一組動理學(xué)性質(zhì)，因而要求描述這組性質(zhì)的動理學(xué)矩在模型簡化過程中保值。

風(fēng)吹雪多相流運動及其在寒區(qū)雪水文中的應(yīng)用(170-181，doi：10.7638/kqdlxxb-2021.0036)李廣，于鴻翔，張潔，黃寧

風(fēng)吹雪是一種常見的然現(xiàn)象，涉及大氣湍流邊界層與雪顆粒相互作用，具有多相流動、多場耦合和多尺度的特點，是一個十分復(fù)雜的動力學(xué)過程，包含諸多科學(xué)熱點和難點問題。本文從積雪質(zhì)能平衡方程出發(fā)，介紹了風(fēng)吹雪的各個物理過程，包括降雪的優(yōu)先沉降、風(fēng)吹雪及其升華等對積雪質(zhì)能平衡過程的影響、其在寒區(qū)水文學(xué)中的應(yīng)用等方面的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展，并指出目前我國在雪水文學(xué)研究中存在的問題和未來的發(fā)展趨勢，供讀者參考。

慣性顆粒和壁湍流的相互作用：湍流調(diào)制及顆粒分布(182-191，doi：10.7638/kqdlxxb-2021.0018)王貴全

直接數(shù)值模擬慣性點粒子被用來探究粒子對LSMs以及VLSMs的調(diào)制：在湍流內(nèi)層研究粒子慣性效應(yīng)對LSMs主導(dǎo)的自維持過程；在湍流外層研究粒子慣性效應(yīng)導(dǎo)致VLSMs增強的直接與間接機理。進(jìn)一步，通過人為控制LSMs和VLSMs與粒子分別耦合來研究這兩種特征結(jié)構(gòu)的存在導(dǎo)致的粒子聚集與群聚行為。最后，推導(dǎo)了慣性粒子沉積速度的控制方程，用于分析控制粒子沉積速度的關(guān)鍵因素。

駐點流中的顆粒動力學(xué)(192-200，doi：10.7638/kqdlxxb-2021.0015)李青，陳堅強，畢林，袁先旭

用顆粒解析的直接數(shù)值模擬方法對顆粒與駐點流動力學(xué)的耦合機理進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)單個有限尺寸中性顆粒在駐點流對稱軸上的動力學(xué)非常反常——遠(yuǎn)離壁面時呈現(xiàn)示蹤粒子行為，靠近壁面時示蹤粒子行為不再成立。顆粒相對攜帶流體的慣性是駐點流顆粒動力學(xué)的關(guān)鍵。無黏非均勻流場導(dǎo)致的環(huán)境壓力是產(chǎn)生反常的顆粒非接觸反彈現(xiàn)象的根本原因。

高馬赫數(shù)低雷諾數(shù)條件下圓球繞流曳力系數(shù)(201-208，doi：10.7638/kqdlxxb-2021.0051)李瑞元，陳飛國，葛蔚，張永民

圓球繞流曳力系數(shù)通常表示為雷諾數(shù)的函數(shù)。而隨著馬赫數(shù)增大，曳力系數(shù)與馬赫數(shù)的相關(guān)性逐漸增強。本文應(yīng)用硬球-擬顆粒模型方法，模擬了1≤Re≤20和0.1≤Ma≤3條件下的圓球繞流過程，分析了模擬區(qū)域設(shè)置和擬顆粒-圓球作用的熱適應(yīng)系數(shù)對曳力系數(shù)結(jié)果的影響，得到合適的區(qū)域設(shè)置條件和熱適應(yīng)系數(shù)，獲得了高馬赫數(shù)低雷諾數(shù)條件下圓球繞流曳力系數(shù)，并依此初步建立了1≤Re≤20和0.1≤Ma≤3范圍內(nèi)馬赫數(shù)對曳力系數(shù)的修正模型。