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發(fā)布日期：2021-05-11 瀏覽次數(shù)：次

氣彈仿真軟件(HCFDLab)

氣彈仿真軟件HCFDLab是一款針對(duì)復(fù)雜構(gòu)型氣動(dòng)-結(jié)構(gòu)相互耦合作用的仿真軟件。支持四面體、六面體等混合網(wǎng)格求解N-S方程和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程，用于亞、跨、超音速條件下的復(fù)雜流場(chǎng)仿真。

圖片2.png

圖 1 氣彈仿真軟件

一、功能特點(diǎn)

1. 理想氣體不可壓/可壓縮N-S流體方程求解，可精確預(yù)測(cè)亞、跨、超音速范圍內(nèi)（0.01<Ma<5）的復(fù)雜流場(chǎng)（分離流、激波邊界層干擾）特性；

2. 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程耦合N-S流體方程求解，可精確預(yù)測(cè)氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性和響應(yīng)問(wèn)題。

3. 指定時(shí)間歷程的結(jié)構(gòu)模態(tài)擾動(dòng)引起的非定常氣動(dòng)力仿真；

4. 在給定陣風(fēng)載荷（包括來(lái)流方向和幅值突變）條件下，基于CFD方法進(jìn)行時(shí)域陣風(fēng)響應(yīng)計(jì)算。

二、特色優(yōu)勢(shì)

1. 高保真度CFD/CSD時(shí)域推進(jìn)耦合氣動(dòng)彈性精細(xì)化仿真，準(zhǔn)確捕捉跨音速顫振“凹坑”等非線性特征；

2. 支持緊支徑向基函數(shù)(RBF)和逆等參映射(IIM)兩種高效數(shù)據(jù)插值方法；

3. 靜氣彈計(jì)算支持模態(tài)法和柔度法2種方法，高效計(jì)算舵效、氣動(dòng)載荷重新分布、靜變形等問(wèn)題；

4. 動(dòng)氣彈計(jì)算支持模態(tài)法和調(diào)用外部有限元軟件NASTRAN聯(lián)合仿真，準(zhǔn)確計(jì)算顫振、抖振、嗡鳴問(wèn)題；

5. 采用網(wǎng)格速度法實(shí)現(xiàn)多種陣風(fēng)類型響應(yīng)計(jì)算，包括cos、sin、gauss、1-cos以及各種類型的自由組合。

三、精度驗(yàn)證

BSCW機(jī)翼跨音速激波邊界層干擾氣動(dòng)計(jì)算

a. 計(jì)算模型

來(lái)流馬赫數(shù)Ma=0.85

采用2階Roe 迎風(fēng)格式，湍流模型SA

圖 2 BSCW幾何與網(wǎng)格模型

b. 計(jì)算結(jié)果

圖 3 某剖面位置壓力系數(shù)分布計(jì)算值與FLUENT對(duì)比

圖 4 某剖面位置壓力系數(shù)云圖和馬赫數(shù)云圖

圖 5 不同時(shí)刻導(dǎo)彈質(zhì)心與角速度計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

四、典型案例

跨音速顫振預(yù)測(cè)——跨音速顫振是飛行器氣動(dòng)彈性分析的難點(diǎn)，傳統(tǒng)的勢(shì)流線化方法不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)飛行器高亞音速和跨音速的非定常氣動(dòng)力，主要是不能準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)激波的位置、范圍，以及激波的位置和范圍隨結(jié)構(gòu)變形而發(fā)生的變化。目前采用全階非線性Euler方程或N-S方程與結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程耦合來(lái)數(shù)值模擬跨音速顫振問(wèn)題已經(jīng)成為工程研究的趨勢(shì)。

圖 6 AGARD機(jī)翼氣動(dòng)-結(jié)構(gòu)耦合數(shù)據(jù)插值

圖 7 跨音速顫振“凹坑”計(jì)算

跨音速單自由度舵面嗡鳴預(yù)測(cè)——在跨音速或低超音速飛行時(shí)，操縱面(副翼、方向舵、全動(dòng)平尾)有時(shí)會(huì)發(fā)生繞鉸鏈軸旋轉(zhuǎn)的單自由度自激振動(dòng)，強(qiáng)烈的嗡鳴可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞，常常影響著新型號(hào)的研制進(jìn)程。基于CFD的分析方法，可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)激波位置和強(qiáng)度，從而為預(yù)測(cè)嗡鳴的發(fā)生。