在自然界中存在很多的流/固耦合现象,如飞行器的机动飞行、机翼的颤振与抖振、复杂多体分离、鱼类的自主游动等等。这些问题的一个突出特点是流体和固体的非线性、非定常耦合。对于气动弹性问题,涉及到流体动力学方程和结构动力学方程的耦合求解;而对于飞行器的机动飞行、多体分离、鱼类的自主游动等问题则涉及到流体动力学方程和运动/动力学方程的耦合求解问题。当流场变化引起的流体动力变化的时间尺度与耦合运动的时间尺度大致接近时,传统的准定常方法往往不能描述流体动力的非线性变化规律,难以得到令人满意的结果,此时则需要采用非定常的耦合计算方法。本文针对气动/运动耦合问题研究中遇到的一些主要问题开展了相关研究工作,目的是建立一套耦合动态混合网格生成、非定常流场计算和六自由度运动方程求解的一体化数值模拟方法,为将来实现数值虚拟飞行打下基础。本文总共分为六章。第一章引言,简要介绍了―数值虚拟飞行‖这一概念,并由此引出开展气动/运动耦合计算方法研究的意义;综述了国内外该领域的研究进展,包括动态网格生成技术、非定常数值模拟方法和多学科耦合计算方法等方面;最后简述了本文的研究内容。第二章介绍了本文采用的动态混合网格生成技术。在课题组现有的动态网格生成技术基础上,本文发展了基于RBF插值的动网格方法,并通过贪婪算法,根据最大插值误差位置对基函数序列进行精简,极大地提高了该方法的生成效率;通过发展基于区域分解的动态网格生成策略,使动网格的生成方式更加灵活,能够更好地适应复杂气动/运动耦合问题的需要。网格生成实例表明,本文方法具有良好的效率和鲁棒性,能够满足基本的气动/运动耦合问题动网格生成的需求。第三章介绍了本文采用的非定常计算方法。流动控制方程采用任意拉格朗日-欧拉体系描述下的二阶有限体积方法求解;非定常时间推进采用双时间步方法和BLU-SGS相结合的策略,并从线性多步法的角度给出了各种常用时间离散格式变时间步长的统一形式;针对动态网格下的非定常计算,对几何守恒律问题进行了较为深入的探讨,将现有各种几何守恒算法分为了“体限制”和“面限制”两类,并从误差分析的角度对各种方法进行了比较;最后,通过一系列典型算例对关于几何守恒律问题的分析和非定常计算方法进行了验证。第四章介绍了本文采用的气动/运动耦合计算方法。因为六自由度运动方程是在积分的层次上进行,而流动控制方程是在离散的层次上进行,所以将两组方程完全耦合求解难以实现,此时只能采用解耦的求解策略。解耦方法分为“松耦合”与“紧耦合”两种方式,本章分别进行了介绍。随后,利用线性多步法建立了多种时间精度的松/紧耦合统一表述形式,并对松/紧耦合策略的稳定域和适用范围进行了分析,数值算例的计算结果也验证了理论分析的结论。第五章是上述气动/运动耦合一体化计算方法的初步应用,主要包括二维鱼体的自主游动、折叠翼变形飞机机翼折叠过程中的动态响应两个算例。由于鱼体的密度与水的密度非常接近,附加质量相对较大,因此松耦合算法稳定性很差,只有在时间步长很小的情况下,才能进行单自由度的自主游动数值模拟,且三自由度的数值模拟很快发散,但是紧耦合算法在时间步长较大时也能给出较好的结果。折叠翼变形飞机的机动模拟仅用于考核耦合算法的计算能力。由于初步设计的气动构型飞行稳定性较差,而且计算过程中尚未耦合控制系统,因此与真实飞行状态存在较大差异,未来仍需深入研究。第六章结束语,对本文工作进行了回顾,指出了存在的不足,并对今后的研究方向进行了展望。