DLR-F6翼身组合体阻力计算

采用"亚跨超CFD软件平台"(TRIP2.0)数值模拟DLR-F6翼身组合体构型,采用的多块对接网格、测压和测力的试验结果均来自美国AIAA阻力计算小组,对比计算结果采用CFL3D的结果.详细研究网格密度、湍流模型对DLR-F6翼身组合体构型的总体气动特性和压力分布的影响,计算结果与相应的试验结果较一致.采用SST两方程模型得到网格收敛结果;不同的湍流模型对压差阻力影响较小,对摩擦阻力影响较大;不同的网格密度和湍流模型对压力分布影响较小.

采用TRIP2.0软件计算DLR-F6构型的阻力

采用"亚跨超CFD软件平台"(TRIP2.0)数值模拟了DLR-F6构型,主要目的是通过计算DLR-F6构型的安装阻力考察TRIP2.0软件的数值模拟精度,并为运输机构型的气动特性计算积累经验。本文数值模拟采用的多块对接网格,测压和测力的试验结果均来自AIAA CFD Drag Prediction Workshop Ⅱ(DPWⅡ),对比计算结果采用了CFL3D的结果。本文详细研究了网格密度、湍流模型对DLR-F6翼身组合体和翼/身/架/舱复杂组合体两种构型的的总体气动特性和压力分布的影响,计算结果与相应的试验结果取得了较好的一致。本文采用SST两方程模型计算两种构型均得到了网格收敛结果;不同的湍流模型对压差阻力影响较小,对摩擦阻力影响较大;不同的网格密度和湍流模型对压力分布影响较小。

DLR-F6翼身组合体数值计算

使用自行研制的混合网格亚跨超声速流场解算器程序MFlow计算了AIAA第三届阻力会议提供的DLR-F6及其带整流装置FX2B情况下的阻力。重点分析了两者的网格收敛特性、阻力极曲线以及压力分布等,并与阻力会议的各个软件的计算结果进行比较。详细分析了DLR-F6翼身结合处后缘附近网格精度对分离气泡计算的影响。计算结果表明,MFlow程序的计算精度与国外软件相近,能够为阻力计算提供比较精确的结果。

DLR-F6外形计算网格及湍流模型影响因素研究

本文选用DLR-F6翼身组合体模型,分析了不同类型网格及湍流模型对机翼表面压力分布和翼根分离区的预测精度影响。分析结果表明,六面体、四面体和多面体网格预测得到的机翼表面压力分布和翼根分离区大小基本一致,在保证相同计算结果精度的前提下,多面体网格使用的网格单元数量最少,计算效率最高,且网格生成十分方便。此外,S-A,SST和RSM湍流模型均能较准确地预测出DLR-F6机翼表面压力分布,但S-A和SST湍流模型预测得到的翼根处分离区较实验结果明显偏大,而RSM湍流模型预测结果与实验结果更加吻合。从湍流模型构造上分析发现,S-A和SST模型基于湍流各向同性假设,忽略了角区分离流动处的雷诺正应力之差,而RSM湍流模型由于反映了雷诺应力的各向异性,因此预测得到的翼根处分离区与实验结果更加接近。

HyperFLOW亚跨声速流动验证（英文）

主要介绍了结构/非结构混合CFD软件HyperFLOW的设计开发与验证。HyperFLOW软件在结构网格上采用结构算法,在非结构网格上采用非结构算法,以充分利用两种网格及解算器的优点。首先介绍了软件的体系结构和基本算法,然后采用NASA Trap-Wing高升力外形和DLR-F6翼身组合体,对软件的结构解算器和非结构解算器进行了验证。结果表明,该软件的结构解算器和非结构解算器均有较好的网格收敛性,计算结果与其他参考结果和试验数据均符合较好,具有可接受的可信度。

运输类飞机气动力分析软件ATTF的开发与验证

针对我国运输类飞机设计与发展的实际需要,开发设计了一种高效的复杂外形气动力计算与分析软件ATTF(Analysis Toolkit for Transonic Flows)。软件采用结构化多块计算网格,通过求解Navi-er-Stokes方程,实现三维复杂外形粘性绕流流场的数值模拟。控制方程的求解采用Jameson中心有限体积+人工粘性格式,并采用显式五步Runge-Kutta格式进行时间推进求解。方程求解采用了当地时间步长、变系数隐式残值光顺以及多重网格等多种加速收敛措施。程序采用动态内存管理技术以提高计算机有限内存的利用率。在确保控制信息和边界信息准确无误、内存容量允许的条件下,同一个可执行文件可以用于不同几何外形、不同网格规模和拓扑结构的流场数值求解。为检验ATTF程序的计算效率和稳定性,验证其对于复杂外形气动力特性的预测和评估能力,文章针对DLR-F6带短舱挂架的跨声速宽体运输类飞机外形进行了数值模拟与计算,并与风洞试验结果、CFL3D和TRIP2.0的计算结果进行了分析对比,结果显示ATTF软件的计算结果是可靠的,其计算精度与国内外同类软件相当。

基于“各向异性”四面体网格聚合的复杂外形混合网格生成方法

复杂外形粘性流动的计算网格生成一直是阻碍CFD实际工程应用的瓶颈问题之一,虽然三棱柱/四面体混合网格的出现极大地缓解了这一问题,但是在飞行器几何外形非常复杂的情况下,在粘性边界层内生成高质量的贴体三棱柱网格仍然是非常困难的事情。本文从"各向异性"四面体网格的生成算法中得到启示,发展了一种基于"各向异性"四面体网格聚合的混合网格生成方法。通过对DLR-F6翼身组合体和F16战斗机外形的混合网格生成及数值模拟表明,该方法生成的混合网格具有网格质量好、自动化程度高等特点,对提高复杂外形飞行器关键气动参数的模拟精度具有重要意义。

TRIP2.0软件湍流模块的开发与确认

基于TRIP2.0_SOLVER数值模拟软件,开发了湍流模型方法库,目前该CFD软件中集成的湍流模型主要包括B-L代数湍流模型、SA一方程模型和SST两方程模型。为了考核不同的湍流模型工程适用性,本文采用对接网格技术,通过有限体积法数值离散三维任意坐标系下的RANS方程组,应用LU分解、MUSCL差分格式和低雷诺数SA和SST两种湍流模型,数值模拟了二维NLR-7301两段翼型和三维DLR-F6翼身组合体的绕流流场,计算与试验比较的内容包括了表面的压力系数分布、典型站位的速度型和气动特性曲线等内容。通过计算与试验的比较,在本文的计算范围内,采用两种湍流模型均可以得到与试验结果相吻合的压力分布和升力曲线,但在边界层内的速度型、粘性阻力和力矩特性等方面,不同的湍流模型具有明显的差异。

TRIP软件的静气动弹性计算模块开发及精度验证

在结构网格流场求解软件TRIP基础上,发展了一套静气动弹性计算模块。首先简要介绍了静气动弹性计算模块总体架构、构成单元和耦合策略,然后详细介绍了构成单元中采用的一些数值计算方法。最后利用大展弦比机翼、DLR-F6翼身组合体模型和HIRENASD机翼模型对静气动弹性计算模块进行了测试和精度验证。大展弦比机翼计算结果表明柔度矩阵、模态叠加和有限元数值求解在模态选取合适的情况下能够得到一致的变形计算结果。DLR-F6和HIRENASD模型不同计算软件的结果一致性表明本文静气动弹性计算模块采用了正确的算法流程,而计算与试验的结果一致性表明静气动弹性计算模块具有很好的预测精度。

飞行器腹部空腔绕流的数值模拟

采用分块对接"O"网格技术,基于雷诺时均NS方程与两方程k-ε模型计算DLR-F6模型的三维粘性流场。模拟了三种几何构型在马赫数M=0.75、0.85、1.5、1.9下的流动情况。计算结果表明开空舱使升力减小,阻力增加;不同的空腔长深比气动特性变化不明显。

基于eN-数据库方法复杂构型飞机转捩预测

为探索边界层转捩对大型运输机在起降条件和有较大层流区的巡航条件下的气动力精确计算问题,通过在三维RANS求解器中引入eN-数据库方法来预测飞行器表面的转捩位置,并探索转捩对气动力的影响规律。方法与目前流行的基于间歇因子控制方程的转捩预测方法相比,具有计算效率高、易于工程应用、且考虑TS不稳定性转捩因素的特点。在此基础上,通过计算NASA梯形翼来分析起降构型条件下气动力受转捩影响的规律,并通过计算DLR-F6翼身组合体来探索三维构型在巡航条件下的气动力精度。使用eN-数据库转捩判断方法的计算结果与实验值吻合较好,验证了所构建的基于RANS求解器的eN-数据库转捩预测方法的有效性,并为大型运输机气动力精确计算提供了分析工具。

湍流模型在民机跨声速绕流计算的应用

针对民机构型DLR-F6翼身组合体,研究了不同湍流模型对气动特性和流场特征的影响。控制方程采用全场三维可压、雷诺平均的Navier-Stokes方程;计算格式采用Jameson中心有限体积、多步Runge-Kutta时间步长格式进行求解;湍流模型分别采用EARSM k-ω模型、Spalart-Allmaras(S-A)模型、SST模型、Standard k-ω(STD k-ω)模型、Low-Reynolds Number k-ω(LRN k-ω)模型。通过对巡航状态的计算研究,分析了五种湍流模型在翼身结合处气流分离的特点,为工程应用提供了一定的借鉴意义。

面向混合网格高精度阻力预测的熵修正方法

Roe通量差分分裂格式具有耗散小、分辨率高等特点,在亚跨超声速流场模拟中得到广泛应用,但空间离散时需要对Roe平均矩阵的特征值进行熵修正,使用熵修正会增大耗散,影响阻力的求解精度。本文针对非结构混合网格中Roe格式熵修正的特点,通过改进传统的Roe格式Harten-Yee熵修正方法,提出了一种可提高非结构混合网格黏性计算精度的Harten-Yee熵修正改进方法。利用改进后的方法,完成了DLR-F4翼身组合体算例的计算和对比分析,改进后的熵修正方法残差收敛特性与原始Harten-Yee熵修正一致,计算精度提高,计算结果和无熵修正时基本一致,说明改进后的熵修正方法既保留了使用熵修正带来的程序鲁棒性等优点,同时把熵修正对阻力预测精度的影响降到了最低,验证了方法的有效性。采用改进后方法对第3届AIAA阻力会议的计算模型DLR-F6翼身组合体进行了详细的模拟,分析了网格收敛性和雷诺数的影响。结果表明:改进的Harten-Yee熵修正,更加适用于非结构混合网格的黏性计算,计算精准度达到国际同类CFD软件水平,进一步验证了改进方法的可靠性。