本文采用计算流体力学方法,重点研究了二维非结构网格的生成方法和基于非结构网格的定常/非定常N-S方程求解,并简单研究了矢量喷管的型面优化,用以提高矢量喷管气动性能。 本文首先研究了二维非结构网格的生成方法,采用Delaunay三角化与阵面推进相结合的方法。网格的划分及更新采用Delaunay三角化方法,网格内部节点的生成则是基于阵面推进法的思想。 本文还编写出了基于非结构网格的二维定常/非定常流场N-S方程计算程序。对于定常求解,本文采用格心格式的有限体积法对N-S方程作空间离散,湍流模型采用计算中广泛使用Badwin-Lomax紊流模型,它是一种代数模型,不增加求解方程的数目,计算量相对较小。用四步龙格—库塔方法作显式时间推进,同时采用当地时间步长、残值光顺等加速收敛措施。对于非定常求解,为了减少计算时间,本文采用隐式双时间法,伪时间域的求解用上面所讲的定常方法进行计算。本文给出的网格生成和流场计算的结果与实验数据符合较好。 本文还研究了优化方法,对矢量喷管的型面进行了优化设计。首先对基本矢量喷管型面进行网格生成,然后采用基于N-S方程的流场计算程序来求解流场,得到推力系数、阻力系数等气动参数、并以其中某个或某些参数构成目标函数,用复合形优化方法进行了优化设计。优化程序采用复合形法,它属于直接解法,是解有约束优化问题的有效方法之一,其应用十分广泛。其特点是原理简单、方法直观、不需要计算导数,也不需要一维搜索,复合形不要求为规则图形,灵活可变,适宜处理不等式约束问题。 另外,本文用计算流体力学方法对某型火箭发动机推力室氧腔流场进行了分析研究,确定了氧腔出口截面的总、静压力分布;提出了新的氧腔均流孔板的设计思想,并依此用流场分析结果设计了新的均流板;对新设计的均流板的氧腔进行了详细分析和实验验证。分析和验证表明新设计的均流板使氧腔出口截面压力畸变降低了11.5%,从而证明了本文提出的均流板设计思想和分析方法的正确性。