CFD技术在运-12F飞机设计中的应用

该文简要介绍了CFD技术的四个关键环节,即:数值建模、网格划分、计算求解和结果分析,举例说明了CFD技术在运-12F飞机方案设计阶段所发挥的重要作用,最后总结出应用CFD技术的前提条件和该项技术与风洞试验技术的相互依赖关系。     

一种CFD/CSD耦合计算方法

针对柔性大展弦比机翼气动弹性分析和主动弹性机翼(AAW)设计发展了一种计算流体动力学(CFD)和计算结构动力学(CSD)的耦合计算方法。其主要思想是采用在同一物理时间弱耦合求解CFD/CSD技术。气动力采用非定常N-S方程的双时间有限体积求解技术,结构响应则采用有限元数值求解技术。CFD和CSD耦合计算的边界信息(气动力和网格)由所设计的界面程序传输。网格信息传输采用守恒体积转换(CVT)方法将CSD计算结构响应位移插值到CFD网格点上。变形已有的CFD网格技术用以确定CFD的变形网格。以位移或载荷的迭代误差为判断耦合计算的收敛标准。最后得到了机翼在Ma=0.8395,α=5.06°时CFD/CSD耦合计算的收敛值。针对计算结果分析了机翼受静气动弹性过程中结构响应和气动特性随时间变化的效应。初步研究结果表明:这种弱耦合方法求解非线性气动弹性问题是可行的。     

直升机CFD仿真现状与发展趋势分析

传统直升机气动设计较多依赖升力线理论、涡流理论等工程分析方法,高性能计算使采用CFD方法开展"第一性原理"仿真成为可能.本文从旋翼运动特点出发介绍了直升机区别于固定翼飞机的一些特殊计算方法,指出当前CFD方法在直升机实际应用中存在的不足.在此基础上,探讨了国外先进直升机CFD软件的发展策略与技术途径,从多求解器耦合、网格动态自适应技术、高阶格式与湍流模型的选取、多学科耦合求解等四个方面分析了这些软件的特点与技术优势.最后就如何适应未来发展需要,提出了直升机CFD能力建设方面的几点建议.分析表明,直升机由于旋翼运动具有与操纵输入、结构变形相耦合的特点,分部件及单学科的CFD分析方法与真实飞行状态存在偏差,多学科耦合分析与旋翼尾迹的精细模拟应当是软件未来发展的重点.     

CFD技术在航空工程领域的应用、挑战与发展

计算流体力学(CFD)技术在航空工程领域发挥着重要作用。总结了CFD技术在航空工程领域中的应用,系统阐述了气动设计、气动弹性、气动噪声、数字化飞行等多学科耦合计算领域对CFD技术的需求,结合实际工程应用分析了CFD技术面临的主要挑战。总结了近年来CFD技术在流动分离、边界层转捩、高精度方法和运动网格技术等领域取得的研究成果以及在气动特性评估、流动机理分析、气动设计、气动弹性、气动噪声等工程领域中的应用。进一步展望了CFD数值模拟未来的几个关键技术以及应用前景。     

基于CFD的高效气动弹性计算方法

本文在高效气动弹性分析方法方面的研究工作包括:对于超声速流动范围,发展了一种基于CFD数值计算流场修正的高效、高精度工程算法,既含有CFD技术模拟复杂激波系的流场特征信息,又具备工程算法计算速度快的优点;对于失速迎角前的飞行器从亚声速、跨声速到超声速范围,发展了一种基于CFD技术的非定常气动力建模方法,由此获得气动弹性计算所需的非定常气动力,此方法可以包含物面在跨声速存在激波运动的流场信息,计算精度与直接应用CFD模拟气动弹性过程的方法相当,但运用非定常气动力建模技术途径的效率可以比直接基于CFD模拟方法提高2个数量级,对CFD技术应用于气动弹性精确预测方法具有工程实际应用价值;还研究了基于非定常气动力建模的方法用于伺服气动弹性分析、阵风响应.     

CFD技术发展及其在航空领域中的应用进展

综述了计算流体力学(CFD)技术的近期发展情况,及其在航空领域的应用现状.在CFD技术发展方面,从计算格式、网格方法、湍流模拟3个方面进行了综述,并对未来CFD技术的发展方向进行了展望.在CFD技术的应用方面,重点介绍了飞行器外形优化、旋翼/直升机、非定常绕流、多体分离和进气道等重点应用领域的现状.     

随机和认知不确定性框架下的CFD模型确认度量综述

随着计算机技术迅猛发展,计算流体力学(CFD)数值模拟技术已广泛应用于航空航天、船舶、风力、水利等领域,为装备的复杂流体分析、性能参数评估以及产品气动设计与优化提供重要验证与决策手段。现有的CFD技术都是在确定性的数学模型、物理参数、边界条件下进行数值模拟的。然而,由于物理过程的复杂性及人们的认知偏差,CFD技术中存在着模型参数、数值离散、模型形式等诸多不确定性因素且表征形式各异,给CFD数值模拟的可信度评估带来了极大挑战。文章阐述了CFD技术中面临的不确定性因素,探讨了主流模型确认度量方法的应用条件和适用范围。着重介绍在认知不确定性下的模型确认度量方法,包括几类重要的区间、概率盒下模型确认度量方法。通过NACA0012翼型绕流问题说明了CFD技术中考虑各种不确定性下的模型确认度量方法的有效性。     

叶轮机计算流体动力学技术现状与发展趋势

 通过对 863高负荷风扇、2 0 0MW汽轮机组改进、组合压气机改进和轴流大小叶片压气机的研制,说明了全三维定常CFD技术在我国叶轮机研究中的作用,并指出了当前的主要问题;通过对风扇 -吊架干扰,单级压气机和处理机匣的研究,说明了非定常CFD技术对叶轮机气动力学研究的作用和价值。结合上述全三维定常和非定常CFD应用的实例,论述了我国叶轮机CFD技术面临的挑战,及其发展趋势。     

基于结构动网格的无人机地面效应研究

为了更好地分析地面效应对无人机气动特性的影响,采用一种新的结构动网格生成技术,运用CFD手段对某无人机的地面效应进行了研究。在一套静态网格CFD计算基础上,运用结构动网格生成技术,获得非定常的网格移动,得到一系列的不同攻角、地面效应高度的CFD网格及初始流场。在此基础上进行定常流场求解,计算得到地面效应的定常CFD结果。最后对某双尾撑布局无人机的地面效应进行了CFD计算研究,对相应的全机气动特性的影响进行了分析。计算结果表明：地面效应对平尾的影响大于对机翼的影响并使平尾的失速迎角提前;该方法是可行的,具有一定的工程应用价值。     

桨尖喷气驱动系统的实验与数值模拟研究

桨尖喷气驱动是一种很有应用前景的动力驱动类型,针对桨尖喷气驱动系统进行设计研究。通过建立压气机式桨尖喷气驱动系统的实验平台,改变入口条件,测量得到喷气管道内部的流动参数以及桨尖喷口的静推力,进而计算此驱动系统的输出功率,对整个驱动系统的性能进行试验分析,然后采用CFD数值模拟方法对试验的各个流动状态进行仿真计算。结果表明:CFD数值计算结果与试验值吻合的很好,随着入口总压的提高,推力及功率变大,同时说明了CFD数值方法的可靠性,也为CFD数值模拟技术在喷气驱动系统的效率以及动力来源的选择与适配研究提供了参考。     

CFD技术在目标电磁特性计算中的应用

电磁学中麦克斯韦方程组和流体力学中无粘流动欧拉方程一样,都是具有实特征值的双曲型偏微分方程组,相同的数学特性使得计算流体力学(CFD)技术能够在计算电磁学(CEM)中得以应用。采用MUSCL格式结合Steger-Warming分裂计算电磁通量,采用4阶Runge-Kutta法计算非定常时间推进,借鉴CFD方法计算电磁场边界条件;采用时域有限体积法(FVTD)数值模拟宽带脉冲波、完全导电体、含吸波材料涂层介质/金属混合体以及复杂外形目标的电磁散射。结果表明:基于CFD的FVTD方法能够高精度地计算目标的电磁特性。     

分布式虚拟风洞的系统结构及负载分析

虚拟风洞是虚拟现实技术和CFD技术在飞机设计和改型中的应用。本文分析了虚拟风洞的工作流程,并针对国内相关硬件水平提出了一个分布式虚拟风洞结构设计方案。在此结构上,完成了负载的合理分配。最后,以一个典型CFD应用为例分析了分布式虚拟风洞系统的硬件要求和性能。     

CFD技术在航空发动机空气系统设计中的应用

结合航空发动机空气系统的功能和设计特点,介绍了空气系统的设计分析技术现状;以2种发动机典型结构为例,采用商用CFD软件完成了流动与换热特性分析。CFD技术是现有分析技术的有益补充,是空气系统设计分析技术精细设计的重要工具,其数值模拟结果对工程设计具有指导意义。     

第十八届全国计算流体力学会议将在陕西省西安市召开

<正>为加强我国计算流体力学(以下简称CFD)学术交流和人才培养,推动我国CFD研究、发展和应用,由中国空气动力学会、中国力学学会、中国航空学会和中国宇航学会主办,中国空气动力学会计算空气动力学专业委员会、西北工业大学和陕西省航空学会承力、的"第十八届全国计算流体力学会议"定于2019年6月13日至16日在陕西省西安市召开。现将会议通知如下:     

人员离机轨迹数值模拟及快速预测研究

离机轨迹研究在分析外挂物分离、导弹投放以及人员空中脱离过程等方面有着重要的参考意义。运用动态嵌套网格技术,通过CFD方法来模拟人员空中离机后的运动轨迹。提出一套基于本征正交分解(POD)方法的人员离机轨迹快速预测算法。将CFD数值模拟得出的离机轨迹作为样本,以飞行马赫数和攻角双参数变化为例,详细介绍POD方法预测离机轨迹的实现步骤。结果表明:POD方法相对于CFD方法可以大大减少计算时间,并且POD预测结果与CFD方法得到的结果吻合较好,为离机轨迹预测在工程应用上提供了一种快速简便的方法。     

二十一世纪的航空技术(8)——推进技术(下)

推进系统的高速计算技术今后十年新发动机研制很有必要采用计算流体力学(CFD)和高速计算技术,以缩短研制周期并找出新的最佳设计方案。 高速计算面临的技术挑战包括: 有掺混和激波损失的多级叶轮机气流流动; 低污染燃烧室设计,应用综合考虑化学动能、流体力学、传热、材料和结构的计算程序; 用与推进系统稳定性和控制新思想有关的程序描述非定常现象; 通过CFD,将声学和噪声特性反映在发动机的初始设计过程中。     

F-22气动设计和气动性能分析(下)

计算流体动力学(CFD)的应用洛克希德·马丁公司在F-22的设计过程中,总是从最容易和最快捷的CFD方法入手,以在限定的时间范围内获得所需要的计算结果。F-22计划的进展速度很快,这就要求所编制的CFD应用程序能快速周转,如能快速生成网络,易于进入巨型计算机使用等,以适应F-22计划的发展速度。该公司主要利用CFD技术起到补充F-22风洞试验工作的作用,如选定合适的布局进行风洞试验;诊断气流流动现象等。CFD还可在F-22进行试验的基础上为公司提供更多的气动数据和求解那些利用风洞试验技术过于复杂和费用过高的问题。     

开式转子发动机对转桨扇设计

高推进效率的对转桨扇是开式转子发动机最关键的部件之一。国外航空强国对其开展了大量的CFD计算分析及试验验证工作,优化气动性能,降低噪声等级,以满足适航标准;国内目前尚缺乏对开式转子对转桨扇设计技术和CFD分析的相关研究。本文在现有压气机设计技术的基础上,改进CFD设计分析方法,探索设计出开式转子发动机的对转桨扇,并进行了三维定常流场分析。通过与国外文献研究结果的分析对比,初步验证了本文设计和计算结果的合理性。     

简讯

<正>林左鸣检查中航工业CFD技术研发工作8月30日,中航工业总经理林左鸣在中航工业副总经理、中国航空研究院院长张新国和名誉院长、两院院士顾诵芬的陪同下,到中国航空研究院检查计算流体力学(CFD)的技术研究工作。中航工业副总工程师、中国航空研究院副院长华俊在深入     

E 级计算给 CFD 带来的机遇与挑战

E 级(Exascale)计算机有望在2020年前后投入使用,E 级计算将给计算科学和科学研究带来革命性的变化。计算流体力学(CFD)作为超大规模计算机应用的重要领域之一,将迎来前所未有的发展机遇,同时也将面临极其严峻的技术挑战。本文对当前国内外超大规模 CFD 计算的现状进行了概述,探讨了未来 CFD 的发展趋势,并对 E 级计算给 CFD 带来的机遇与挑战进行了分析,最后提出了适应未来 E 级计算的 CFD 发展思路与建议。为了实现 E 级计算的宏伟目标,CFD 与计算机科学、应用数学等学科的“协同设计”势在必行。我们期待本文的分析能对我国的高性能计算应用、CFD 发展有一定的启示作用。