基于CFD的“四代機”大迎角流場結構展示 (FLUENT/CFD-POST/Tecplot/EnSight)【航哥】【轉發】

2017-02-21 by:CAE仿真在線來源:互聯網

這里所謂的“四代機”,是筆者若干年前在學校練習CATIA時做的,整個氣動外形的“設計”相當隨意,具體參數是經不起推敲的。巧合的是,外形和后來出現的J20還多少有一點點形似,屬于典型的鴨式布局。

眾所周知,鴨翼布局最顯著的特點是:在設計良好的前提下,鴨翼可利用其產生的脫體渦系對機翼形成有利干擾,從而推遲機翼的氣流分離,提高大迎角的升力,因此鴨式布局的戰機往往具有比常規布局更強的機動性和敏捷性。不妨對上述“四代機”進行簡單的CFD數值模擬,通過可視化的后處理技術考察其流場結構的特點。為簡化模型,封閉各控制舵面的縫道,并將S型進氣道采用通氣方式加以處理。

由于是在PC上運行,而且不需要獲得高精度的解,故將全機半模網格量限制在600萬左右。為了保證捕獲較為可信的流場結構,側重對機翼前緣渦、鴨翼渦、翼尖渦和分離區做空間加密,只好委屈下Y plus,設為不小于30吧。共測試計算了“四面體+棱柱”和笛卡爾等兩種類型的網格,網格如圖1~圖2所示,顯示了物面網格和附面層網格。湍流模型權衡下用S-A,并采用高階格式離散和非定常方法計算,圖3為某迎角的氣動力收斂曲線。由于外形未經嚴格設計,氣動力系數就不拿出來見笑了,下面直接上圖吧。

一種典型的后處理軟件通常就足以完成各種流場顯示的需求,但不同后處理軟件仍有其獨有的特點,故本文綜合采用了幾種后處理軟件,包括FLUENT、CFD-POST、Tecplot、EnSight等。本文采用的軟件均為網上廣為流傳的較高版本,目的僅是為了共同學習、研究和交流。

FLUENT軟件:圖4~圖6顯示了某大迎角工況的全機壓力分布,在鴨翼和機翼的前緣附近受前緣渦的影響而產生了非常明顯的低壓區,仔細觀察會發現機頭側棱附近同樣存在一道細長的低壓區。圖7~圖9顯示了某大迎角工況的空間流線情形,共有三組比較明顯的空間渦系,從前之后分別是機頭棱邊渦系、鴨翼渦系和機翼前緣渦系。

CFD-POST軟件:圖10為全機壁面極限流線,清晰地顯示了各渦系的對近壁面的影響。圖11~圖12為鴨翼和機翼剖面的速度矢量分布,各渦系在這兩個剖面的位置也顯而易見。

Tecplot軟件:圖13為壁面極限流線,與圖7效果相似,但Tec軟件的流線布點位置需要手動控制。圖14為機頭棱邊渦系的極限流線。圖15為空間流線和渦量空間切片,針對上翼面的網格加密較好的捕捉了空間流場細節。

EnSight軟件:以上功能在EnSight都能很好的實現,此處僅用了ISO-Surfaces的功能顯示了渦量等值面,顏色代表了速度大小,詳見圖16~圖17。

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