當(dāng)您下次乘坐飛機時，可以花點時間思考并贊嘆一下飛機的空氣動力學(xué)設(shè)計；因為人類的每一次飛機旅行，背后都有Antony Jameson教授CFD方法的影子。

Jameson于1958年畢業(yè)于劍橋大學(xué)，在那里他獲得了磁流體動力學(xué)的博士學(xué)位，之后又在劍橋大學(xué)擔(dān)任了一段時間研究員。1964年，Jameson離開劍橋后的第一份工作，是為英國工聯(lián)會的提供經(jīng)濟決策。

Jameson于1970年開始研究空氣動力學(xué)中的計算方法，當(dāng)時他36歲。在此之前，他的研究方向是關(guān)于穩(wěn)定性增強系統(tǒng)。此前，他還曾在考文垂的某公司擔(dān)任首席數(shù)學(xué)家。

顯然，Jameson在進行CFD研究之前，有著廣泛的工程經(jīng)驗。正是在那時，他寫出了他的第一份CFD代碼——FLO 1和SYN 1。

這些程序解決的是理想流體（無粘無旋）在二維翼面上的流場問題，F(xiàn)LO 1計算給定翼面的壓力分布，SYN 1計算其逆問題，即給定目標(biāo)壓力分布求解翼面形狀。

由于當(dāng)時計算機內(nèi)存極為有限，Jameson確保了他的代碼空間開銷很小。這些代碼的運行速度極快，只需要5到10分鐘即可求解完成。

即使在21世紀，5-10分鐘就獲得結(jié)果，依然是很多CFD開發(fā)人員的需求。

高效，就是Jameson的代碼特點。

很快他的主要關(guān)注點轉(zhuǎn)到了翼面上跨音速流的計算上，1972年Jameson跳槽到了紐約大學(xué)的Courant數(shù)學(xué)研究所，進一步研究這一課題。

在跨音速流中，流場里的大部分地方馬赫數(shù)都略低于1，即空氣流動大部分是亞音速的。然而，某些地方會變成超音速流動。

對于商用飛機來說，這是一個至關(guān)重要的流態(tài)，因為需要保持很高的巡航速度才能保證足夠的航程，但當(dāng)局部超音速流出現(xiàn)在機翼上時，可能會導(dǎo)致強烈的激波，使空氣阻力大幅增加。

大型商用飛機通常以0.8左右的馬赫數(shù)飛行在跨音速狀態(tài)下，因此其機翼外形的設(shè)計應(yīng)考慮盡量減少激波，最好是完全將之消除。

在Courant研究所，Jameson與Caughey合作編寫了一套CFD代碼，用于預(yù)測掠翼上的理想跨音速流，即FLO 22。

FLO 22非常穩(wěn)健，收斂性也有保證。該代碼立即被麥道和其他公司采用。FLO 22是一份了不起的代碼，它自編寫以來一直在連續(xù)工作，至今仍在設(shè)計一線發(fā)光發(fā)熱。

后來，F(xiàn)LO 22中的方法在FLO 27和FLO 28中得到了擴展，適用于任意的網(wǎng)格系統(tǒng)，這樣就可以很容易地計算復(fù)雜幾何。波音公司在1978年對擴展代碼進行了評估，隨后將其納入了他們自己的 "A488 "軟件——這是波音757、767和777飛機機翼分析中使用的主要計算工具。

1980年，Jameson加入普林斯頓大學(xué)，從1982年出任杰出教授。1997年，他調(diào)到斯坦福大學(xué)航空航天系任職，繼續(xù)進行教學(xué)和研究。

20世紀80年代計算機硬件的發(fā)展，意味著機翼上氣流的歐拉方程或許能被求解出來了。這消除了理想流體的無旋限制。預(yù)示著空氣動力學(xué)設(shè)計向前邁出了一大步。

特別是對于跨音速流動，因為激波強度，特別是其沖擊位置均可能與理想流體模型有偏差。Jameson、Dornier等人一起寫了一套突破性的3-D代碼，即FLO 57，它可以對復(fù)雜的空氣動力學(xué)外形進行精確的沖擊預(yù)測。Hirsch教授曾經(jīng)這樣評價：

“Jameson和他同事提出的方法是一個高精度的、結(jié)合多重網(wǎng)格的、非常高效、準確的CFD代碼?！?/p>

Jameson在20世紀80年代還推動了許多其他的數(shù)值方法和算法的發(fā)展，Jameson首次使用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，首次實現(xiàn)了對整個飛機的流動計算。

這一突破是通過1985年Jameson、Baker和Weatherill共同開發(fā)的名為"Airplane"的新代碼實現(xiàn)的，這份代碼被麥道、NASA、三菱和EADS用作其空氣動力學(xué)代碼的基石。

在開發(fā)處理非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的軟件時，Jameson也繼續(xù)致力于提高求解算法的速度，以及離散方法的精度和穩(wěn)健性。本質(zhì)上講，他的工作涉及所有能進一步推動CFD作為空氣動力學(xué)設(shè)計工具的重要領(lǐng)域。

當(dāng)他將這些方法優(yōu)化得日漸成熟時，他將研究方向轉(zhuǎn)向?qū)ふ夷軌驖M足性能目標(biāo)的空氣動力學(xué)設(shè)計的最優(yōu)外形，最優(yōu)外形有一系列約束條件的限制，如翼厚——它決定了結(jié)構(gòu)重量。他在這個領(lǐng)域的工作靠的就是控制論和CFD的結(jié)合。

這催生了一套新的"SYN"系列代碼，比如用于優(yōu)化機翼設(shè)計的SYN 87和求解歐拉方程的SYN 88；

1997年誕生的SYN 107，用于求解粘性流體的完整Navier-Stokes方程。

2003年，他編寫了Synplane，可以對整架飛機進行空氣動力學(xué)最優(yōu)設(shè)計。以SYN 107為例，現(xiàn)已用于設(shè)計灣流G650公務(wù)機，該機最高飛行速度可達0.9馬赫

波音767、757、747-400、777、737-700和787的設(shè)計過程中，都采用了Jameson教授基于CFD方法的空氣動力學(xué)代碼。

2006年，Jameson教授獲得Sperry勛章，獲獎理由是:

“本年度的Sperry勛章將授予Antony Jameson，以表彰他通過大量的算法創(chuàng)新，以及通過開發(fā)FLO、SYN和AIRPLANE系列CFD代碼，對現(xiàn)代飛行器設(shè)計做出的開創(chuàng)性貢獻?！?/p>

在頒獎大會上，專家們列舉了Jameson提出的一系列重要算法：

關(guān)于Jameson教授和其工作的更多信息可以在他在斯坦福大學(xué)的主頁上找到：http://aerocomlab.stanford.edu/jameson/， 這里有超過400份他的相關(guān)文章可供瀏覽。

在您下次坐飛機的時候，或許應(yīng)該感謝Jameson的CFD代碼，讓人類實現(xiàn)了飛行夢。

讓我們一起致敬Antony Jameson。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：坐飛機，都應(yīng)致敬這位CFD大師：Jameson

文章出處：【微信公眾號：中科院長春光機所】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。