文章导读

直升机关键技术及未来发展与设想(1-10，doi：10.7638/kqdlxxb-2021.0042)吴希明，牟晓伟

直升机区别于固定机翼飞机的最大特点在于飞行原理、复杂气动和结构动力学特性、极致重量设计等。文章对直升机技术难点进行了剖析，对当前技术发展情况及解决方法进行了阐述，对世界直升机技术发展方向进行了分析与研究，提出了我国直升机技术未来发展的三个重要方向——先进直升机旋翼桨叶翼型设计技术、智能旋翼技术和高速直升机技术，以及各发展方向关键技术的科学内涵和解决途径，为我国直升机未来发展提供思路。

高压捕获翼构型的跨流域气动特性(11-20，doi：10.7638/kqdlxxb-2020.0144)田鹏，李广利，崔凯，李志辉，张俊

高超声速飞行器在过渡流域（70～100 km）飞行时面临的稀薄效应会对气动性能产生较大影响。高压捕获翼构型在连续流区有较好的增升效果，但目前缺乏该构型在过渡流域的相关研究。本文采用DSMC方法，模拟了一种简化模型在过渡流域、Ma=20条件下的流动，分析了稀薄效应对该构型气动性能的影响。结果表明，过渡流域中该构型的增升效果减弱，同时摩擦阻力占比迅速上升，采用适应系数较低的壁面材料可以缓解这一问题。

黎曼边界条件在高阶精度非结构有限体积方法中的验证与应用(21-32，doi：10.7638/kqdlxxb-2020.0087)孔令发，刘伟，董义道

黎曼边界条件是一种弱施加边界条件，其通过引入有限波模型，有效简化了亚声速边界条件的施加过程。本文将这种边界条件施加方式推广至高阶精度非结构有限体积离散。从计算效果来看，黎曼边界条件能够保持计算精度，并且相比基于一维黎曼不变量的无反射边界条件，该边界条件的施加过程简便，且维持了较好的出口特性，为基于非结构有限体积方法的高精度数值模拟提供了一种简单有效的亚声速边界处理方式。

冷却塔群塔干扰条件下脉动风压分布模式(33-43，doi：10.7638/kqdlxxb-2020.0180)赵林，陈翰林，钱永丰，李敬生，葛耀君

为了研究群塔组合条件下脉动风压的干扰分布模式，选取具备多种气动干扰特点的八塔组合矩形布置方案为研究对象，对群塔进行刚性模型同步测压风洞试验，获取了不同风向角条件下塔筒表面的脉动风压分布。结合风向角的变化，将脉动风压分布形式总结为“V”型、“M”型、半“V”型+半“M”型分布三类，研究归纳其形成机理分别为“弱干扰”、“对称强干扰”和“非对称强干扰”三种类别，并提出了基于三角函数的脉动风压拟合九项式。

一种基于STL文件的LBM前处理高效算法(44-50，doi：10.7638/kqdlxxb-2020.0009)张晓潇，张武，褚学森，王良军，杨广文

LBM是一种计算流体数值方法，计算过程中需要获得格点类型信息。文中的算法根据面三角形找到模型的边界点集，然后由边界点判定出模型内部点和外部点，从而完成对模型的重建。对三个不同模型进行重建比较，研究表明，直接法的耗时随着几何复杂度增加而急剧增加，但本文算法能一直保持低耗时。例如CHN-T1模型使用直接法120核并行运算共耗时11 s，而本文算法采用单核仅耗时20 s，极大提高了LBM针对复杂几何的前处理效率。

基于改进的k-ω-γ转捩模式预测高超声速飞行器气动特性(51-61，doi：10.7638/kqdlxxb-2019.0146)王亮，周玲

采用改进的k-ω-γ转捩模式对类X-51A高超声速飞行器进行了全机边界层转捩预测。分析了飞行攻角和雷诺数对边界层转捩的影响规律，研究了边界层转捩对飞行器气动力和进气道性能的影响。发现边界层转捩对飞行器升力系数和俯仰力矩系数影响较小，对阻力系数影响较大。边界层转捩可减小高超声速飞行器前体压缩面拐角处的分离，降低喉道截面马赫数，提高增压比。研究结果可为高超声速飞行器的控制系统和推进系统设计提供技术参考。

黏性边界层修正对前体/进气道一体化乘波布局气动性能影响分析(62-70，doi：10.7638/kqdlxxb-2020.0021)王旭东，王江峰，程克明，陈江涛

以构建具有消波隔离段的内外流一体化乘波气动布局为目的，发展了一种多级波系锥导或吻切锥乘波体的附面层黏性修正方法，耦合了基于特征线法的乘波体设计方法和高超声速可压缩轴对称流动的冯卡门动量方程积分方法，修正附面层位移厚度，得到黏性情况下精确的乘波布局。计算结果显示，设计状态下修正构型的波系位置与设计预期一致，消除了隔离段内多次反射激波。该方法适用于吸气式高超声速飞行器前体/进气道的精确设计。

考虑滑流影响的分布式螺旋桨布局优化设计(71-79，doi：10.7638/kqdlxxb-2020.0189)杨伟，范召林，吴文华，余雷

基于雷诺平均Navier-Stokes方程，用等效盘代替真实螺旋桨，采用重叠网格方法自动生成优化过程中所需的流场计算网格，获得机翼在滑流影响下的气动数据。基于量子粒子群寻优算法建立分布式螺旋桨布局优化设计系统。使用该系统对采用NACA4412翼型的平直机翼和5个前缘分布式螺旋桨组成的构型进行了布局优化设计。结果表明：分布式螺旋桨动力布局优化后，构型在起飞状态下升力系数提高5.6%，同时阻力系数减小13.9%。

舰船纵摇突变对舰面流场的影响(80-89，doi：10.7638/kqdlxxb-2019.0136)李通，王逸斌，赵宁

海浪的随机性会造成舰船摇摆参数变化，扰乱舰面流场，增加舰载机甲板作业的危险性。因此在纵摇状态下对舰面流场进行数值模拟，定性和定量分析了甲板上方涡结构的发展以及舰船纵摇周期和振幅的突变对流场结构带来的影响。当舰船突然开始纵摇或纵摇周期减半后，上层建筑和舰尾附近的位置要滞后于舰首一段时间才能建立起周期性流动。当纵摇振幅减半后，流场变化平缓。甲板上方各观测点垂向速度的波动都随高度的降低而增强。

S1223翼型低雷诺数下分离泡及气动特性(90-98，doi：10.7638/kqdlxxb-2020.0075)王皓田，朱杨柱，车学科，李修乾

采用表面测压技术，测量了低雷诺数下(Re= 6.0×104、1.0×105、2.0×105)S1223翼型的表面压力，获取了翼型稳态和瞬态压力和升力系数，研究了雷诺数及攻角对翼型升力的影响机理。结果表明，S1223翼型在低雷诺数下存在“静态滞回”效应。负攻角下，下翼面随攻角增大存在由分离到出现层流分离泡再到分离泡消失的过程，引发升力系数非线性现象。当攻角超过临界攻角后，翼型周围流场迅速发生大范围流动分离，升力系数迅速减小；而Re= 2.0×105时，流场发生低频振荡现象，升力系数呈现准周期性变化。

近壁湍流中微小非球形颗粒取向行为研究综述(99-108，doi：10.7638/kqdlxxb-2021.0045)崔智文，赵立豪

本文回顾了近十年关于微小非球形颗粒在壁湍流中取向行为的数值研究进展，重点介绍了数值方法和物理机理方面的发现。在壁面附近，杆状颗粒会倾向性地朝着流向方向而碟状颗粒会倾向于朝着壁面法向，且这种倾向性取向行为与流体的拉格朗日的拉伸与压缩方向具有较强相关性。但是该相关性在壁面附近要弱于其在远离壁面的槽道中部或均匀各向同性湍流的相关性，且近壁区的颗粒行为呈现出较明显的形状敏感性。

微纳颗粒两相流系统中湍流脉动效应研究综述(109-120，doi：10.7638/kqdlxxb-2021.0030)杨海林，林建忠

给出了微纳颗粒两相湍流中颗粒一般动力学方程，分析了该方程包含的因湍流脉动导致的未封闭源项。回顾了湍流脉动对颗粒成核、生长、凝并以及破碎作用的研究。叙述了用直接数值模拟（DNS）方法、蒙特卡洛法、大涡模拟方法（LES）以及雷诺平均方法（RANS）对方程进行求解的研究成果。介绍了对颗粒一般动力学方程进行封闭求解的研究途径。并提出了将来值得进一步探讨的重要问题。

单气泡池沸腾传热中的重力效应数值模拟(121-129，doi：10.7638/kqdlxxb-2021.0039)赵建福，张良，杜王芳，李会雄

数值模拟了不同重力条件下考虑加热固壁瞬态热响应的单气泡池沸腾传热现象，发现在低热流密度下气泡脱落直径与Fritz模型预测结果一致，气泡脱落频率与重力成正比。传热特性在重力约0.03g0两侧表现出明显不同的特征：高于该临界值时，热流密度正比于重力的n次方，标度指数n随着壁面过热度单调增大；低于该临界值时，则呈现出重力无关的特征。重力无关区传热性能受固壁瞬态热响应的影响比重力相关区更为明显。

水平T型管两相流流致振动实验研究(130-137，doi：10.7638/kqdlxxb-2021.0033)宿恒，瞿叶高，周劭翀，周莹，彭志科

开展了气液两相流作用下的水平T型管流致振动实验，考察了不同气液表观流速下段塞流对流体脉动压力和管道振动响应的影响规律。研究结果表明：段塞流引起的脉动压力频率集中分布在0～15 Hz，T型管各分支管路相分配随气相表观流速增加趋向均匀，压力幅值随气相表观流速的增加而增大；两相流作为宽频激励主要激起管道的运行模态并以一阶振动模态为主；主管路振动响应幅值最高，峰值频率最小，径向分支管路振动幅值最小。

多相流系统的离散玻尔兹曼研究进展(138-169，doi：10.7638/kqdlxxb-2021.0021)许爱国，陈杰，宋家辉，陈大伟，陈志华

针对宏观连续模型物理功能不足、而分子动力学方法因适用尺度受限而无能为力的介尺度两难情形，从统计物理学基本原理出发，给出离散玻尔兹曼建模的基本原则和主要步骤，简要介绍其在相分离、燃烧、流体不稳定性等研究中的应用。作为系统行为粗粒化描述的一种物理模型构建方法，离散玻尔兹曼根据研究需求，选取一个视角，研究系统的一组动理学性质，因而要求描述这组性质的动理学矩在模型简化过程中保值。

风吹雪多相流运动及其在寒区雪水文中的应用(170-181，doi：10.7638/kqdlxxb-2021.0036)李广，于鸿翔，张洁，黄宁

风吹雪是一种常见的然现象，涉及大气湍流边界层与雪颗粒相互作用，具有多相流动、多场耦合和多尺度的特点，是一个十分复杂的动力学过程，包含诸多科学热点和难点问题。本文从积雪质能平衡方程出发，介绍了风吹雪的各个物理过程，包括降雪的优先沉降、风吹雪及其升华等对积雪质能平衡过程的影响、其在寒区水文学中的应用等方面的研究现状及进展，并指出目前我国在雪水文学研究中存在的问题和未来的发展趋势，供读者参考。

惯性颗粒和壁湍流的相互作用：湍流调制及颗粒分布(182-191，doi：10.7638/kqdlxxb-2021.0018)王贵全

直接数值模拟惯性点粒子被用来探究粒子对LSMs以及VLSMs的调制：在湍流内层研究粒子惯性效应对LSMs主导的自维持过程；在湍流外层研究粒子惯性效应导致VLSMs增强的直接与间接机理。进一步，通过人为控制LSMs和VLSMs与粒子分别耦合来研究这两种特征结构的存在导致的粒子聚集与群聚行为。最后，推导了惯性粒子沉积速度的控制方程，用于分析控制粒子沉积速度的关键因素。

驻点流中的颗粒动力学(192-200，doi：10.7638/kqdlxxb-2021.0015)李青，陈坚强，毕林，袁先旭

用颗粒解析的直接数值模拟方法对颗粒与驻点流动力学的耦合机理进行研究，发现单个有限尺寸中性颗粒在驻点流对称轴上的动力学非常反常——远离壁面时呈现示踪粒子行为，靠近壁面时示踪粒子行为不再成立。颗粒相对携带流体的惯性是驻点流颗粒动力学的关键。无黏非均匀流场导致的环境压力是产生反常的颗粒非接触反弹现象的根本原因。

高马赫数低雷诺数条件下圆球绕流曳力系数(201-208，doi：10.7638/kqdlxxb-2021.0051)李瑞元，陈飞国，葛蔚，张永民

圆球绕流曳力系数通常表示为雷诺数的函数。而随着马赫数增大，曳力系数与马赫数的相关性逐渐增强。本文应用硬球-拟颗粒模型方法，模拟了1≤Re≤20和0.1≤Ma≤3条件下的圆球绕流过程，分析了模拟区域设置和拟颗粒-圆球作用的热适应系数对曳力系数结果的影响，得到合适的区域设置条件和热适应系数，获得了高马赫数低雷诺数条件下圆球绕流曳力系数，并依此初步建立了1≤Re≤20和0.1≤Ma≤3范围内马赫数对曳力系数的修正模型。