基于CFD的“四代機(jī)”大迎角流場結(jié)構(gòu)展示 (FLUENT/CFD-POST/Tecplot/EnSight)【航哥】【轉(zhuǎn)發(fā)】

2017-02-21 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

這里所謂的“四代機(jī)”,是筆者若干年前在學(xué)校練習(xí)CATIA時(shí)做的,整個(gè)氣動(dòng)外形的“設(shè)計(jì)”相當(dāng)隨意,具體參數(shù)是經(jīng)不起推敲的。巧合的是,外形和后來出現(xiàn)的J20還多少有一點(diǎn)點(diǎn)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(diǎn)是:在設(shè)計(jì)良好的前提下,鴨翼可利用其產(chǎn)生的脫體渦系對機(jī)翼形成有利干擾,從而推遲機(jī)翼的氣流分離,提高大迎角的升力,因此鴨式布局的戰(zhàn)機(jī)往往具有比常規(guī)布局更強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性和敏捷性。不妨對上述“四代機(jī)”進(jìn)行簡單的CFD數(shù)值模擬,通過可視化的后處理技術(shù)考察其流場結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。為簡化模型,封閉各控制舵面的縫道,并將S型進(jìn)氣道采用通氣方式加以處理。

由于是在PC上運(yùn)行,而且不需要獲得高精度的解,故將全機(jī)半模網(wǎng)格量限制在600萬左右。為了保證捕獲較為可信的流場結(jié)構(gòu),側(cè)重對機(jī)翼前緣渦、鴨翼渦、翼尖渦和分離區(qū)做空間加密,只好委屈下Y plus,設(shè)為不小于30吧。共測試計(jì)算了“四面體+棱柱”和笛卡爾等兩種類型的網(wǎng)格,網(wǎng)格如圖1~圖2所示,顯示了物面網(wǎng)格和附面層網(wǎng)格。湍流模型權(quán)衡下用S-A,并采用高階格式離散和非定常方法計(jì)算,圖3為某迎角的氣動(dòng)力收斂曲線。由于外形未經(jīng)嚴(yán)格設(shè)計(jì),氣動(dòng)力系數(shù)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(dú)有的特點(diǎn),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(wǎng)上廣為流傳的較高版本,目的僅是為了共同學(xué)習(xí)、研究和交流。

FLUENT軟件:圖4~圖6顯示了某大迎角工況的全機(jī)壓力分布,在鴨翼和機(jī)翼的前緣附近受前緣渦的影響而產(chǎn)生了非常明顯的低壓區(qū),仔細(xì)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)機(jī)頭側(cè)棱附近同樣存在一道細(xì)長的低壓區(qū)。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(jī)頭棱邊渦系、鴨翼渦系和機(jī)翼前緣渦系。

CFD-POST軟件:圖10為全機(jī)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(jī)翼剖面的速度矢量分布,各渦系在這兩個(gè)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(diǎn)位置需要手動(dòng)控制。圖14為機(jī)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(wǎng)格加密較好的捕捉了空間流場細(xì)節(jié)。

EnSight軟件:以上功能在EnSight都能很好的實(shí)現(xiàn),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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