飛行器機(jī)翼仿真計(jì)算方法

作者 | CFD基礎(chǔ)及應(yīng)用 仿真秀專欄作者

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導(dǎo)讀：面對(duì)復(fù)雜外形的氣動(dòng)評(píng)估工作，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格帶來(lái)了很多便利，但涉及部件運(yùn)動(dòng)給計(jì)算帶來(lái)很多挑戰(zhàn)。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格計(jì)算穩(wěn)定性好，但在復(fù)雜模型拓?fù)鋸?fù)雜以及網(wǎng)格量大;拼接(interface)網(wǎng)格、重疊網(wǎng)格(overset)技術(shù)的發(fā)展，給結(jié)構(gòu)網(wǎng)格制作降低了難度。本文采用重疊網(wǎng)格技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)襟翼偏轉(zhuǎn)、襟翼射流、螺旋槳旋轉(zhuǎn)從網(wǎng)格制作、求解器設(shè)置、后處理進(jìn)行全過(guò)程展示。

一、機(jī)翼仿真計(jì)算

1、計(jì)算網(wǎng)格

結(jié)構(gòu)網(wǎng)格

2、計(jì)算設(shè)置

求解設(shè)置

3、計(jì)算結(jié)果

二、偏襟翼仿真計(jì)算

1、計(jì)算網(wǎng)格

2、計(jì)算設(shè)置

3、計(jì)算結(jié)果

三、偏襟翼+射流仿真

1、計(jì)算網(wǎng)格

結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，網(wǎng)格量約120W，射流縫逢高1mm，布置了13個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)。包含機(jī)翼和射流襟翼兩套網(wǎng)格。

2、計(jì)算設(shè)置

機(jī)翼和襟翼射流網(wǎng)格設(shè)置插值關(guān)系，射流縫入口設(shè)置壓比。

3、計(jì)算結(jié)果

合理布置襟翼前緣射流縫的位置、高度、機(jī)翼與襟翼的合理搭配，可以很好的控制襟翼表面的流動(dòng)反向，射流引射作用加強(qiáng)機(jī)翼表面流動(dòng)，增加機(jī)翼環(huán)量進(jìn)而增加升力系數(shù)。射流可以大幅提高升力系數(shù)，消除流動(dòng)分離。

不同壓比射流計(jì)算結(jié)果對(duì)比

四、偏襟翼+射流+螺旋槳旋轉(zhuǎn)仿真

1、計(jì)算網(wǎng)格

結(jié)構(gòu)網(wǎng)格總量200W左右，包含機(jī)翼、襟翼、螺旋槳三個(gè)計(jì)算區(qū)域;螺旋槳和襟翼均與機(jī)翼插值。

2、計(jì)算設(shè)置

襟翼和機(jī)翼、螺旋槳和機(jī)翼插值設(shè)置;射流壓比設(shè)置;螺旋槳旋轉(zhuǎn)設(shè)置;非定常計(jì)算設(shè)置、子迭代步時(shí)長(zhǎng)設(shè)置等

3、計(jì)算結(jié)果

非定常計(jì)算對(duì)計(jì)算資源要求非常高，非定常計(jì)算一個(gè)狀態(tài)需要一個(gè)小時(shí)左右，非定常計(jì)算一圈迭代50步，轉(zhuǎn)三圈需要三天多時(shí)間，因此沒(méi)有像定場(chǎng)一樣計(jì)算出一條直線，僅展示一個(gè)狀態(tài)點(diǎn)的結(jié)果。收斂殘差曲線、升力系數(shù)、阻力系數(shù)周期性波動(dòng)(震蕩);空間流線隨槳葉的轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生變化。

殘差曲線

干貨很多，無(wú)法一一展示，有興趣的歡迎加入到課程中來(lái)學(xué)習(xí)。

五、飛行器網(wǎng)格制作與氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)

為了幫助大家更好理解和掌握建模、網(wǎng)格制作、CFD求解、后處理全過(guò)程，輕松駕馭各種外形飛行器的挑戰(zhàn)，筆者近日在仿真秀首發(fā)了幾個(gè)視頻課程，希望幫助工程師和理工科學(xué)子更好的理解。

審核編輯：湯梓紅