新一代ICFD技术的应用现状及发展

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1、新一代ICFD技术的应用现状及发展CurrentStatusandDevelopmentofNewGenerationofICFDTechnology何晓辉现任NUMECA中国市场专员．主要负责NUMECA在大中华区的区域市场调研与市场分析。制定年度市场计划；负责NUMECA公司在大中华区范围内贯彻市场计划；负责组织、指导区域市场人员制定和细化本区域的市场执行计划；负责组织、监督和评估市场计划的实施。随着计算机技术的迅猛发展，CAD／CAE／CAM技术逐渐涵盖了产品的设计、优化、生产加工的全过程。其中CAE是CAD和CAM的桥梁。应用CAE技术可以有效地对C

2、AD设计出来的零件和产品进行仿真检测，确定产品和零件的相关技术参数，发现产品缺陷、优化产品设计、指导CAD图纸的修改。同时，CAE又可以将优化完善的几何造型输出到CAM中58航宅制造技术·2010年第24明NUMECA中国何晓辉传统的ICFD(工业CFD)仿真技术过度关注设计参数，忽视了设计与制造的误差。从而致使产品的诸多设计与加工制造产生偏离，甚至脱节。作为新一代ICFD技术领航者，作为当前最具创新性、国内成长最快的航空航天领域专业解决方案提供商。NUMECA使其用户在产品研发之初，就为制造而设计。进行加工制造，极大地降低产品开发成本。随着产品性能要求的不

3、断提高，CAE已经成为产品设计过程中的重要部分，主要应用在航空、航天、船舶、汽车、能源动力等诸多行业。飞行器作为航空技术的主要应用领域，其早期的制造工艺过程是：初设一试验一优化一再试验一再优化⋯一制造。最初的设计是以经验、半经验设计方法以及大量的研究试验为基础的，在试验的基础上进行了重复多次的再设计，既拖延了时间，又耗费了大量的经费。飞行器改进所需周期长、试验费用昂贵的缺点，制约了飞行器的研制与发展。随着人们对飞行器性能要求的不断提高，这种方法已不能满足先进飞行器的设计要求，因此迫切需要改进研究方法。CAE仿真模拟技术在航空领域中的应用，使飞行器制造工艺路线

4、随之发生了重大变化：初设一模拟一优化一再模拟一再优化⋯一制造，模拟仿真优化技术替代了以前的反复试验优化手段，大大缩短了飞行器试车时间，降低了试车所需的高额成本，避免了实际试车的危险，更重要的是，还可以获得实际试车时难以测量的参数。计算机仿真技术正逐渐成为航天工程领域中不可缺少的T具。目前，飞行器研制中的手段有理论分析、风洞试验及数值计算，三者相辅相成。随着CFD模拟(虚拟风洞)技术的快速发展，三者之间的比重关系发生了很大变化。据波音公司预测，在未来的飞行器设计中，从最佳费效比出发，CFD约占设计工作量的70％，而风洞实验的工作量将只占30％。无论从节省研制费

5、用、缩短设计时间出发，还是从提高设计水平出发，CFD都将给飞行器设计带来一场革Djglta{De。啪。dManUfa删。9数字化设计制造NUMECA软件一览命。未来飞行器性能的确定，将依赖于在CFD数据基础上产生的“虚拟缝隙”，这将是飞行器研制的主要发展方向。传统的ICFD(工业CFD)仿真技术过度关注设计参数，忽视了设计与制造的误差，从而致使产品的诸多设计与加工制造产生偏离，甚至脱节。作为新一代ICFD技术领航者，作为当前最具创新性、国内成长最快的航空航天领域专业解决方案提供商，NUMECA使其用户在产品研发之初，就为制造而设计。CAD与CAE的接驳在飞行

6、器仿真计算中，主要分为几何模型导入、几何模型及周嗣场进行网格划分、流场求解及后处理4部分。在仿真计算中，网格技术是影响求解速度和计算结果精度的重要因素之一。即使对于采用高精度差分格式的计算程序，如果不能保证网格的生成质量，也同样很难得到精度较高的数值解。对此，NUMECA软件可与多种CAD进行嵌接，提供高自动化、高质量的网格生成器，用于任何复杂二维和三维几何体的网格生成。它将复杂模型计算域的网格生成过程简化为仅需使用者选择几个参数和轻点几次鼠标的过程，其高效的优化算法更可保证获得高质量的网格，并可以自动完成CAD模型的清理、补洞等修复工作。CAE仿真优化众所

7、周知，飞行器发动机是飞行器的“心脏”，发动机的设计制造过程，相对于机身有更多的尺寸和空间限制，工程师通常只能对结构进行小的改进以获得更好的动力性能。而发动机内部部件繁多，且相互关联，改动其中一项，就需要对其性能进行重新评估，其制造工艺的变动、再试验等都带来了无法预测的高成本。航空发动机具有多状态性、结构形式复杂及工作过程参数值高等特点，因此，需要扩大压气机的使用工作范围。压气机分为单级压气机和多级压气机，对于多级压气机而言，最主要的气动问题就是各级流动是否匹配，总的效率是否达到设计要求。在非设计状态下，压气机级组中极易发生严重的级间不匹配，导致效率降低、增压

8、比与空气流量下降。针对此问题，采用NUMECA的旋转