FLUENT软件在飞机进气道内流的应用

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1、FLUENT第一届中国用户大会FLUENT软件在飞机进气道内流的应用FLUENT软件在飞机进气道内流的应用朱宇沈阳飞机设计研究所摘要：本文通过对前机身/进气道流场的数值模拟及与试验对比，概括了FLUENT软件在飞机内﹑外流场计算的能力。由于粘性对管道流动影响较大，所以如何在内存受限制的情况下,合理地分配网格,以便更好地考虑粘性的影响还值得研究。计算表明：FLUENT软件可以用于飞机内﹑外流场的计算，能为设计部门提供要求的数据，是值得飞机设计部门考虑的优秀软件。1引言飞机进气道作为飞机推进系统的一个重要组成部分，是为发动机提供空气流量的通道，在飞机总体设计中占有举足轻重的地位。近年

2、来，随着对飞机的机动性、隐身性及超音速巡航性能要求的提高，进气道性能的好坏变得越来越重要。为了满足飞机战技指标的要求，出现了很多新颖的进气道设计方法。传统的基于二维激波理论的设计方法已不能满足设计上的需要，对三维空间流场的了解变得至关重要，使得三维CFD计算软件变得越来越重要。FLUENT计算流体软件作为求解NS方程的优秀软件，随着版本的快速更新，功能和使用性都在更加完善。很多用于飞机内﹑外流场的算例不断发表，足以证明其能为设计部门提供要求的数据。借助于FLUENT软件所采用的诸如多种类型网生成技术﹑自适应网格技术﹑网格质量检查模块﹑几何生成的虚实结合等这些技术，可以合理地分配网

3、格的数量和类型、提高激波区域等梯度大的地方的分辩率、方便地检查网格质量、更方便地生成体等。这些技术在一定程度上降低了工作量，提高了计算精度。本文概括地介绍了对一种飞机进气道外形的计算情况，通过计算使我们初步了解了该软件的功能、计算步骤、使用技巧、网格划分对流场分辨率的影响及在飞机进气道内流场的计算精度情况，下面主要介绍一下我们对FLUENT软件的使用情况，对进气道内流本身的流动现象不做过多的说明。2网格生成方法计算网格划分采取结构加非结构的策略。在管道内部采用了结构网格，主要是为了使网格数量在内存所允许的范围内，尽可能使这部分区域网格密一些，当然也增加了生成网格的难度。另外在外部

4、边界区域也采用结构网格。在贴近机身的区域采用非结构网格，主要原因是进气道进口外部附近做结构网格很难，即便做出来，这种以patch形式对接的网格质量也不是很好。图1是前机身/进气道外形和空间网格。图2是进气道进口壁面网格及静压分布。因只计算超音速，可以将计算区域分成前后两部分单独计算。将前部分的计算结果传递给后面部分，再计算后面部分，这样网格数量可以增加一倍。由于内存的限制，前机身/进气道外形网格总数为110万,但这远不能满足工程上的需要，这个数量的网格限制了在管道内加密附面层网格，因此，必然对计算精度带来一定程度的影响，甚至可能得到工程上不可接受计算结果。因此，目前的网格数量主要

5、是用来检验程序功能，做为一种[1]试算。洛克希德-马丁公司1996年对YF22前机身/进气道内锤激波计算，用了120万网格，由于采用欧拉方程计算，没有加密附面层网格。图3﹑图4﹑图5分别是进气道管道进口﹑中段和出口截面的网格，在中段边177FLUENT第一届中国用户大会FLUENT软件在飞机进气道内流的应用界网格适当加密，而进口截面没有加密是为了节约空间过渡网格；出口截面网格也没有加密，是为了减小边界网格扭曲变形，这样也许比片面加密网格要好。3计算方法及边界条件虽然没有加附面层网格，计算仍采用求解NS方程，湍流模型选用κ-ε两方程模型，这样做可能会不合理，但由于内存的限制，也只能

6、如此。用耦合显示格式求解。如果用隐式格式求解，内存需要量比显示格式增加近一倍。边界条件是机头远前方给自由来流边界条件；进气道出口截面按等反压给出，这种假设符合风洞试验结果。根据风洞试验，进气道出口截面接近等静压，如图6是进气道出口截面按等角度分布的六个静压测量点测得的静压随正激波位置的变化曲线，除一点反常外，周向各点静压相差很小。进气道一级斜板上方隔道缝给反压条件，使该处为超音速流动，这样不会影响一级斜板的角度。由于只计算一半飞机外形，在对称面上加了对称边界条件。在空间外边界加自由来流边界条件。4定常计算结果分析计算在PC机上进行，CPU速度为733MHZ。由于只计算超音速来流，

7、所以在进气道进口前将飞机分成前后两部分。每一部分都划分55万网格单独计算。后部分计算是以前部分的出口流场为进口来流条件，其它边界条件同上面介绍的一样。计算一个状态大约需要60小时CPU时间，由于管道内为亚音速，要得道稳定的正激波流场，迭代时间比全是超音速的情况慢得多。这里只给出了M=2.0﹑α=0度进气道从亚临界到超临界状态的计算分析结果。图7是用目前网格计算出的进气道进口激波分布情况。可以看出激波的分辨率还很低，对计算精度肯定会有影响。如果网格能继续加密，其反映出的波后流动状况