基于CFD的“四代机”大迎角流场结构展示 (FLUENT/CFD-POST/Tecplot/EnSight)【航哥】【转发】

2017-02-21 by:CAE仿真在线来源:互联网

这里所谓的“四代机”,是笔者若干年前在学校练习CATIA时做的,整个气动外形的“设计”相当随意,具体参数是经不起推敲的。巧合的是,外形和后来出现的J20还多少有一点点形似,属于典型的鸭式布局。

众所周知,鸭翼布局最显著的特点是:在设计良好的前提下,鸭翼可利用其产生的脱体涡系对机翼形成有利干扰,从而推迟机翼的气流分离,提高大迎角的升力,因此鸭式布局的战机往往具有比常规布局更强的机动性和敏捷性。不妨对上述“四代机”进行简单的CFD数值模拟,通过可视化的后处理技术考察其流场结构的特点。为简化模型,封闭各控制舵面的缝道,并将S型进气道采用通气方式加以处理。

由于是在PC上运行,而且不需要获得高精度的解,故将全机半模网格量限制在600万左右。为了保证捕获较为可信的流场结构,侧重对机翼前缘涡、鸭翼涡、翼尖涡和分离区做空间加密,只好委屈下Y plus,设为不小于30吧。共测试计算了“四面体+棱柱”和笛卡尔等两种类型的网格,网格如图1~图2所示,显示了物面网格和附面层网格。湍流模型权衡下用S-A,并采用高阶格式离散和非定常方法计算,图3为某迎角的气动力收敛曲线。由于外形未经严格设计,气动力系数就不拿出来见笑了,下面直接上图吧。

一种典型的后处理软件通常就足以完成各种流场显示的需求,但不同后处理软件仍有其独有的特点,故本文综合采用了几种后处理软件,包括FLUENT、CFD-POST、Tecplot、EnSight等。本文采用的软件均为网上广为流传的较高版本,目的仅是为了共同学习、研究和交流。

FLUENT软件:图4~图6显示了某大迎角工况的全机压力分布,在鸭翼和机翼的前缘附近受前缘涡的影响而产生了非常明显的低压区,仔细观察会发现机头侧棱附近同样存在一道细长的低压区。图7~图9显示了某大迎角工况的空间流线情形,共有三组比较明显的空间涡系,从前之后分别是机头棱边涡系、鸭翼涡系和机翼前缘涡系。

CFD-POST软件:图10为全机壁面极限流线,清晰地显示了各涡系的对近壁面的影响。图11~图12为鸭翼和机翼剖面的速度矢量分布,各涡系在这两个剖面的位置也显而易见。

Tecplot软件:图13为壁面极限流线,与图7效果相似,但Tec软件的流线布点位置需要手动控制。图14为机头棱边涡系的极限流线。图15为空间流线和涡量空间切片,针对上翼面的网格加密较好的捕捉了空间流场细节。

EnSight软件:以上功能在EnSight都能很好的实现,此处仅用了ISO-Surfaces的功能显示了涡量等值面,颜色代表了速度大小,详见图16~图17。

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