文档介绍：2005 Fluent 中国用户大会论文集
FLUENT 软件在机翼
-尾吊短舱高速气动设计综合中的应用
朱杰
(中航商用飞机有限公司上海 200050)
摘要:部件之间的气动干扰影响飞机的气动特性。采用合理的气动布局,进行气动设计综合,可以产生有利气动干扰,减
小作用在飞机上的阻力,获得满意的气动特性。本文针对民用飞机常用的近距超临界机翼-尾吊高涵道比涡扇发动机短外涵
动力短舱气动布局,以基于计算流体动力学方法,经风洞试验验证的数值模拟手段,研究在高速巡航和发动机正常工作状态,
动力短舱对机翼的气动干扰和由此对全机气动特性的影响规律。
关键词:气动布局设计综合动力短舱近距尾吊布局气动干扰有利干扰计算流体动力学
绪论
民用飞机的总体气动布局和动力装置与机体的设计综合,对其经济性、安全性和舒适性以及具体的性
能和使用特性有重大影响,必须精心设计。研究以机翼为主体的机体与动力短舱相互间的气动干扰和在此
基础上发展机翼-动力短舱设计综合技术,长期以来一直是航空工业界在型号牵引下投入可观资源致力进
行,并迅速将其成果应用于型号研制的一个复杂而重要的课题
本文在新型涡扇支线飞机研制的基础上,利用 CFD 手段对尾吊布局飞机机翼与发动机发房之间的相
互干扰关系进行研究,为以后的设计工作作出指导。鉴于问题的复杂性,为抓住主要矛盾,以无尾、非配
平巡航状态下初步优化的近距尾吊高涵道比涡扇发动机分离喷流短舱-挂架对大展弦比超临界机翼的气
动干扰为研究对象
1 数值计算
随着电子计算机的发展,包括计算空气动力学在内的计算流体力学 CFD 也得到了迅速发展。从上世
纪九十年代起,直接求解三维湍流 Navier-Stokes 方程已成为可能,出现了很多利用有限元方法或有限体
积法求解该方程的软件。
本文主要使用 FLUENT 作为数值模拟的主要软件工具。整个计算分析过程包含模型导入、网格生成、
调试(包括选择合适的算法、湍流模型、参数选择等)和计算迭代、分析四个过程。对于一个全机模型,
需要采用约 130 万六面体网格,使用四台双 CPU 的 IBM 工作站进行计算,收敛需 18 小时。
边界条件
边界条件的合理设置对计算过程及结果有非常重要的作用。不合理地选取与设置边界条件会影响计算
结果的准确性,甚至使得计算不能收敛。对跨音速飞行器的数值模拟采用如下的边界条件:
y 远场边界条件—由于本文计算所模拟的飞行情况都是在高亚音速情况下,必须考虑空气的压缩
性,因此采用了无反射压力远场作为远场边界条件,计算中需给定无穷远处来流马赫数及其方向。
y 物面边界—飞行器表面为物面边界,流动无滑移、无穿透。
y 对称边界—由于本文研究的问题都是关于纵向问题的讨论,使用对称面边界条件可以节省计算时
间,避免浪费计算资源。
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2005 Fluent 中国用户大会论文集
数值模拟手段与风洞试验的相关性分析
到目前为止,FLUENT 在 ARJ21 飞机的初步设计阶段得到了广泛的应用和风洞试验验证。图 为
ARJ21 飞机全机表面静压分布 FLUNT 数值模拟结果。
图 ARJ21 飞机全机表面静压分布
在