計算流體力學在飛行器研制中的應用

傅振升

（臨沂大學，山東 臨沂 276000）

計算流體力學在飛行器研制中的應用

傅振升

（臨沂大學，山東 臨沂 276000）

文章按照高速飛行器的啟動飛行，分析了計算流體力學的建模和相關應用。高速飛行器的發(fā)展隨著計算機技術的發(fā)展而改變，計算流體力學的飛行設計具有獨特的作用。從宏觀角度分析，出發(fā)求解Euler方程，N一S方程。需要考慮到真實氣體所帶來的有些化學反應以及N一S方程的電離求解。從微觀的角度進行相關的求解，運用蒙特卡洛法對氣體分子運動直接模擬。結果表明隨著計算機不斷的發(fā)展，計算動力學得到了顯著的提升。

飛行器；計算；流體力學；問題；作用

1 計算流體力學的概念

計算流體力學屬于一門交叉學科，涉及的領域比較廣。主要包括計算機科學、流體力學、偏微分方程的數(shù)學理論、計算幾何、數(shù)值分析，演變出了當前的計算流體力學，為相關理論及其原理奠定了基礎。隨著計算機不斷的發(fā)展，流體力學存在著非常好的硬件環(huán)境，促進了流體力學的發(fā)展，進而加強了我國科學技術的進步。

2 在航空飛行器問題上的應用

（1）飛行器操作中，關于流體的計算，應嚴格按照飛行器設計的要求。計算數(shù)值中，合理利用物理模型，使模型的精確度以及準確度可以獲取一個較好的效果。比如在針對大攻角的問題上，用Euler和N一S方程計算相關案例。確認N一S模型優(yōu)于Euler模型，在粘性修正的問題當中，在某些方面存在經(jīng)驗者的加入，但是按照這樣的方法能夠將流體學的兩個常用的程序進行相應的計算并得出其計算結果，同時也能夠設計出完美的模塊。這要在相關飛行器的要求下進行，不同的飛行器對相應的解決辦法也有不同。所以，要隨著有關物體力學對計算程序進行相應的改善并發(fā)展，在計算物體力學的過程當中需要隨時關注其發(fā)展狀態(tài)。

（2）有關大攻角的問題，是長期以來最為關注的熱點問題，始終圍繞著飛行器的動力來進行相應的計算過程，當攻角顯示比較大的情況下，有可能會產(chǎn)生旋渦以及機頭向下，嚴重時導致不對稱。當這一現(xiàn)象不能夠得到相應的抑制，那么其主要會產(chǎn)生一些問題：橫向力以及偏航力的現(xiàn)象，旋渦及其相互作用發(fā)生在尾翼之間，這一現(xiàn)狀是最為容易出現(xiàn)故障的。經(jīng)過一系列的實踐表示，如果這種不對稱的問題擾亂自由流時，就會對幾何的問題產(chǎn)生影響，同時，也會影響到整個機頭的形狀，以及觸及到雷諾數(shù)的敏感方面。當發(fā)生嚴重渦旋時的情況下，有可能產(chǎn)生完全湍流以及非對稱載荷出現(xiàn)在邊界層的狀況。通過采用N一S方程與Hummel的計算結果進行對比分析，進而獲取實驗數(shù)據(jù)結果，其結果表明，完全相同的幾條線發(fā)生了分離，一共利用了545,025個網(wǎng)格點（129個點是其周向，65個點是其垂直方向，65個點是其長度方向）。通過采用網(wǎng)絡密度對大攻角的相關流動進行數(shù)字運算，可知按照相關要求，其中必須要確保其網(wǎng)絡密度在發(fā)展的過程當中不會出現(xiàn)缺少的現(xiàn)象，因此，這一方法能夠模擬出的數(shù)據(jù)問題較為準確。

（3）對比分析有關層流和轉抉區(qū)的相關測驗結果，其中，其壓力的分布以及測試的結果主要是按照相應的計算結果得知。并且，對于類似的方法可知，對其影響明顯的原因主要在于對計算結果的分布，X/L大于0.7的位置上具有相關的壓力表明，這種方法主要是按照層流來分析，其中，計算結果呈現(xiàn)明顯偏高的趨勢，將其應用到大攻角的相關計算當中，有其模型及其模型的應用，可以得到更為準確的計算結果。因此，在其離位置在X/L的流層表面可知，相當于位置距離為0.5。所以在發(fā)展的過程當中，經(jīng)常發(fā)生向前發(fā)展的趨勢，并且根據(jù)相應的調查研究發(fā)展，這樣的研究結果和觀察的結果比較類似。NASA的Ames和Langley研究中心研究發(fā)現(xiàn)，促進其良好的發(fā)展，并且保證其能夠對模擬計算的F一18大攻角與N一S方程進行相應的計算程序。

目前，總結歸納出以下知識點。Ames研究中心按照有關計算來得到有些數(shù)據(jù)信息，并以此得到了大攻角下機頭，從而產(chǎn)生的漩渦，以及有關移動特點和特征，并測試其側滑效應。因為實際上的計算比實際撒謊那個的操作觀察后，所得的數(shù)據(jù)靠后，這有可能是由于網(wǎng)格的尺度到目前為止還不夠精細。F/A一18壓力系數(shù)以及相關的計算結果得知，和飛行試驗的結果相比，能夠得出其和計算的方法還缺乏進一步的研究確認，當前Ames和Langley研究中，仍然在繼續(xù)研究當前的計算方法，期望能夠有效地改進并完善，將其發(fā)展到適應計算機的發(fā)展，包括飛行器部件之間的相互影響，因此，能夠將其有效的應用到實際的飛行器操作當中。這是個能夠達到的基本目標，并為其努力奮斗著的。

3 結束語

當前主要是以N一S的計算方式進行相關的程序計算，按照其配合子的相關方式，對運算模式進行相應的計算，來達到其更廣泛的優(yōu)勢，受到人們的關注。因此，這種模式將會被應用到各個領域，根據(jù)當前的新型號的開發(fā)進程者來判斷。可以選取當前能夠促進國外商業(yè)軟件發(fā)展的軟件，并且按照自己的需求進行相關的選擇，相關人員必須配有相應的軟件開發(fā)經(jīng)驗，以及基本的知識。開發(fā)相關屬于自己的計算流體力學平臺，具有更好地便捷性。從某個方面來說，這在技術上對其商業(yè)軟件的發(fā)展就有有利作用。

[1]劉緒,劉偉,柴振霞,等.飛行器動態(tài)穩(wěn)定性參數(shù)計算方法研究進展[J].航空學報.2016,(8).

[2]張宇飛,符松.第五屆國際計算流體力學大會介紹[J].力學進展,2008,(5).

O35

A

2096-2789（2016）11-0212-01

傅振升（1994-），男，山東濰坊人，研究方向：飛行器制造工程。