氣動仿真軟件(OverCFDLab)
氣動仿真軟件OverCFDLab是一款針對多體相對運動的氣動仿真軟件。支持多塊、結構化重疊網格求解N-S方程，用于全聲速域條件下氣動運動耦合的復雜流場仿真和軌跡預測。
圖 1 氣動仿真軟件
一、功能特點
1. 理想氣體/多組分氣體/變gamma氣體，不可壓/可壓縮N-S流體方程求解，可精確預測亞、跨、超、高超音速范圍內（0.01<Ma<10）的復雜流場（分離流、激波邊界層干擾）特性。
2. 六自由度（6-DOF）方程耦合N-S流體方程求解，可精確預測多體分離運動軌跡。
3. 采用最小安全距離方法自動識別運動邊界，可進行碰撞預測仿真。
4. 多種RANS/LES混合分離渦湍流模型，為氣動噪聲（CAA）預測提供精確的流場數據。
5. 專用旋翼飛行器旋轉/揮舞/擺振/變距多級運動耦合模型，可精確預測旋翼飛行器旋翼/機身/尾槳/地面/艦船全機氣動干擾。
二、特色優(yōu)勢
1. 分塊劃分、多人協同，網格組裝， 復雜構型網格生成，效率更高；
2. 結構化網格，高階(4\6階中心差分、5階WENO)精度格式，計算精度更好；
3. 多級背景網格自適應算法，流場特征（渦量、激波）捕捉更細；
4. 粗、細粒度（MPI+OpenMP）混合并行，計算效率更快；
5. 近體網格與遠場網格自動解耦，負載均衡能力更強。
三、精度驗證
WPSF六自由度運動投彈仿真
a. 計算模型
來流馬赫數Ma=0.95
采用2階Roe 迎風格式計算1000步，內迭代20步。每50步進行一次網格自適應。采用4線程計算1380步，共計耗時56小時。
圖 2 WPSF幾何與網格模型
b. 計算結果
圖 3 某時刻物面壓力云圖
圖 4 不同時刻導彈軌跡
圖 5 不同時刻導彈質心與角速度計算結果與試驗結果對比
四、典型案例
固定翼飛行器氣動性能計算——對于跨聲速飛行器，機翼表面會呈現諸如局部超音速流動，激波，邊界層分離等復雜流動狀態(tài)；對于超聲速飛行器，機翼表面存在的激波對機翼的設計有著極大的影響，利用分塊重疊網格的優(yōu)勢，在飛行器優(yōu)化設計階段，可以單獨生成優(yōu)化部件網格，組裝形成全機網格，實現氣動性能快速評估。
圖 6 DLR-11飛行器計算網格
圖 7 不同攻角下機翼截面速度分布云圖
圖 8 不同截面位置壓力系數分布
旋翼飛行器全機氣動干擾仿真——旋翼流場涉及復雜的渦動力學、非定常干擾、旋翼與機身部件的復雜氣動干擾問題，精確的旋翼尾跡渦捕捉是CFD數值模擬的難題，軟件采用高階精度格式、DDES分離渦湍流模型，結合多級背景網格自適應可以實現尾跡渦的精細化捕捉。
圖 9 常規(guī)構型直升機懸停旋翼機身氣動干擾
圖 10 常規(guī)構型直升機前飛帶吊掛旋翼機身氣動干擾
圖 11 共軸雙旋翼直升機懸停旋翼機身氣動干擾
圖 12 四旋翼飛行器懸停狀態(tài)旋翼機身氣動干擾
圖 13 常規(guī)構型直升機前飛旋翼/機身/尾槳氣動干擾仿真
超音速穿甲彈氣動脫殼仿真——某超音速彈氣動脫殼連續(xù)過程仿真，主要模擬氣動脫殼過程中，彈托與彈芯在氣流干擾作用下，超音速彈的流場分布特性，彈托氣動參數隨時間變化規(guī)律以及彈托運動姿態(tài)分析。采用嵌套網格技術，解決彈托和彈芯間無縫隙結構建模技術難題，采用真實的非定常運動求解方法，確保仿真過程的物理真實性。
圖 14 超音速穿甲彈幾何和網格模型
圖 15 不同時刻脫殼過程
艦面流場仿真——艦船甲板是艦載機海上作業(yè)的主要場地，現代作戰(zhàn)艦艇裝備復雜，空氣在流過島式上層建筑時，常伴隨有分離、回流、旋渦等運動形式的發(fā)生，流場結構復雜、隨機性強，將引起艦載機在陸地起降操縱時未遇到過的特殊操縱性問題。用結構化嵌套網格CFD方法開展艦船流場數值模擬，實現艦載機起降區(qū)域流場精確預報，提高艦載機起降安全裕度，為現役艦載機起降、新研艦載機設計提供技術支持。
圖 16 艦面流場流線分布
圖 17 艦面流場馬赫數云圖
圖 18 艦面流場渦量圖
五、行業(yè)客戶
航天：北京機電工程研究所
航空：航空工業(yè)空空導彈研究院、航空工業(yè)直升機設計研究所
院校：南京航空航天大學航空學院
