运输类飞机巡航阻力CFD计算分析

针对运输类飞机设计过程中的巡航阻力准确预测问题,采用基于多块结构网格求解三维雷诺平均Navier-Stokes方程的并行流动求解器"CCFTD-MB",对AIAA阻力预测小组提供的典型运输类飞机DLR_F6翼身构型进行了CFD计算分析,比较了不同规模网格及不同湍流模型对计算结果的影响;并通过与DLR_F4翼身构型计算结果及相关文献结果的综合分析,修正了DLR_F6翼身构型设引巡航点的试验阻力。计算结果表明:DLR_F6翼身构型的CFD计算结果更为可靠;CCFD-MB求解器计算精度高;C FD技术对于风洞试验验证有积极意义。

某型民机着陆构型粘性气动力计算

采用ICEM对某型民机着陆构型进行多块结构化点对点网格剖分,运用基于N-S方程的WISE MAN PLUS软件对该构型低速粘性复杂流场进行数值模拟。在进场条件下,计算的升力和试验值误差在3.8%以内,俯仰力矩和试验误差在3.6%以内;计算与试验失速迎角差别在1°左右,最大升力系数较试验小6.3%。同时还给出了一些流场显示结果,对复杂流场进行了机理分析。计算与风洞试验结果符合较好,满足工程需要。

气动优化设计及其对CFD的需求

本文简要介绍了当前气动优化设计发展的情况,并说明了气动优化设计与计算流体力学(CFD)的关系,最后指出了气动优化设计对CFD的需求,为CFD的进一步发展提供参考。

大型飞机扁平后体导流片减阻增稳研究

运输机采用扁平后体的设计形式可使舱门结构简单、重量轻,并且舱门机构的可靠性高,具有很好的使用性。但是扁平后体在巡航时横向流动比较严重,造成横向逆压梯度大且后体边界层易出现分离形成旋涡流动,带来压差阻力的增加。并且,后体分离涡在偏航时使垂尾两侧压力分布变差,降低了航向稳定性。导流片是特别针对扁平后体所采用的特殊气动力部件。其能够对后体涡的生成和发展进行抑制,削弱后体低压区,降低压差阻力;在偏航状态下,导流片改变了垂尾和后体的压力分布形态,可有效增加航向稳定性。导流片的减阻增稳作用使得采用扁平后体的运输机装载效率和气动特性得以兼顾。

前缘缝翼内型的气动设计研究

对5种不同缝翼内型的"前缘缝翼+固定翼+后缘襟翼"三段翼型进行了分析。这些三段翼型的唯一差别在于各自前缘缝翼内型形状不同,在基本缝翼内型基础上进行了一些修型,从而下表面尖点位置也相应变动。采用基于雷诺平均N-S方程的自研软件CCFD-MB进行了详细的CFD模拟,得出缝翼内型对多段翼型的雷诺数影响、失速特性、升力、阻力等气动特性的相关影响。对选取缝翼内型给出建设性结论:某些缝翼内型可能导致不利的雷诺数影响;缝翼内型修型设计,能保证其气动效率不受影响,甚至一定程度的提高,并具有很好的降噪潜力;常规的缝翼内型在气动上不是最佳选择,但气动上的损失还可以接受。最后,从气动、结构的角度阐述了缝翼内型修型设计的可行性。

增升装置气动噪声研究现状与发展趋势

在对绿色航空发展要求、噪声适航标准、机体噪声概念介绍的基础上,对增升装置气动噪声进行了详细论述,包括数值分析技术、试验研究、飞行试验、降噪设计等的研究现状;阐述了增升装置气动噪声研究的重要性,提出重视机理研究和数值分析方法验证工作的观点,指出增升装置气动与噪声一体化设计的发展趋势。

航空CFD高性能计算应用研究

应用万核级并行流场数值模拟软件CCFD,在深腾7000高性能计算机上对飞机高速巡航构型阻力和低速增升装置性能预测进行了计算研究,比较了不同规模网格、湍流模型对计算结果的影响,并且将高性能计算与常规计算的工作效率进行了比较.飞机高速巡航构型阻力和低速增升装置性能预测的计算结果与试验结果较为接近,可见:CCFD软件的常规气动计算精度较高;高性能计算技术可有效提高数值计算的可靠性及工作效率;单纯增加网格规模,而不进行算法升级,对复杂问题计算精度的提高有限.

面向大型飞机流场模拟的网格需求探讨

鉴于网格量关系到大型飞机的数值仿真精度和时效性,对大型运输机低速气动力模拟中的网格问题进行了分析,即对某低速构型CFD(计算流体力学)计算的气动力特性的精确度与网格量及网格分布的相关性进行了简要分析.通过不同网格量下CFD计算结果与试验结果的比较表明:为了得到工程实用的气动力数据,翼身组合体干净构型低速计算需要的网格量的量级在580万及以上,翼身组合体着陆构型低速计算需要的网格量的量级在1 500万以上.

翼面吸气混合层流控制的数值研究

本文采用Menter发展的γ-Reθ转捩/湍流模式预测平板和超临界RAE-2822翼型的转捩特性,验证了该转捩模式的有效性和可靠性,同时获得网格分布等规律.在此基础上开展某超临界翼型上表面及其前缘结冰时吸气层流控制后的转捩预测,分别获得干净和结冰外形下混合层流控制对转捩的影响规律.结果表明,合理设计的层流控制对干净翼型表面转捩推迟明显,能有效减阻;在结冰情况下,层流控制几乎失效.

层流机翼设计技术现状与发展

通过对绿色航空提出的飞机减排目标进行分析,指出飞机减阻设计的重要性和必要性,分析了层流机翼技术是飞机减阻的重要途径。在回顾了层流机翼设计、研究、验证相关技术的发展现状后,指出了层流机翼技术相对飞机设计工业应用的差距与存在的技术问题。同时,分析了层流机翼技术的潜力与发展方向,评价了该项技术在未来飞机设计中的可行性。

自然层流机翼的翼套试验及数值方法

基于某公务机飞行试验平台设计改装的自然层流翼套构型,以飞行试验为核心,开展了前期的数值方法和风洞试验研究。风洞试验和飞行试验均采用红外热像技术进行转捩探测。同时,使用基于线性稳定理论的eN方法对试验构型进行了数值模拟分析,探究攻角、压力分布形态对Tollmien-Schlichting(T-S)波失稳主导转捩的影响机制。研究结果表明,风洞试验构型在-2°~2°攻角范围内上翼面维持大范围的顺压力梯度,T-S波的增长得到了有效抑制,实现了50%c(弦长)以上的层流区,转捩发生在压力恢复区;在4°攻角工况下,头部出现明显的逆压力梯度,T-S波快速增长并发生失稳,转捩位置提前至20%c。飞行试验条件下的结果表明,压力分布形态对T-S波的影响机制与风洞试验一致;在高湍流度低雷诺数的风洞试验条件和低湍流度高雷诺数的飞行试验条件下,采用湍流度和Mack公式确定T-S波临界N因子,得到的转捩预测结果与试验结果均吻合较好,表明本文数值方法具有良好的预测精度和鲁棒性。

喷气式客机层流翼气动设计综述

层流技术是未来发展“绿色航空”的核心技术,巨大的减阻潜力使其成为航空领域内的研究热点。从喷气式客机具有的流动物理特征和转捩现象本质出发,阐述了自然层流(NLF)和混合层流(HLFC)技术的实现原理和适用范围,综述了国际上NLF/HLFC技术的研究现状及发展趋势。围绕基于CFD的层流翼设计技术前沿问题,从面向工程应用的转捩预测方法、非梯度类优化、梯度优化以及不确定性分析和鲁棒优化多个层面,系统论述了层流翼设计方法的研究现状和最新进展。同时,讨论了层流翼气动设计与全湍流气动设计问题的异同点,梳理了NLF和HLFC机翼气动设计理论。最后,顺应喷气式客机技术发展趋势,总结了层流设计技术面临的问题,给出了层流翼气动优化设计技术的未来发展方向和建议。