氣彈仿真軟件(HCFDLab)
氣彈仿真軟件HCFDLab是一款針對復雜構型氣動-結構相互耦合作用的仿真軟件。支持四面體、六面體等混合網格求解N-S方程和結構動力學方程，用于亞、跨、超音速條件下的復雜流場仿真。
圖 1 氣彈仿真軟件
一、功能特點
1. 理想氣體不可壓/可壓縮N-S流體方程求解，可精確預測亞、跨、超音速范圍內（0.01<Ma<5）的復雜流場（分離流、激波邊界層干擾）特性；
2. 結構動力學方程耦合N-S流體方程求解，可精確預測氣動彈性穩定性和響應問題。
3. 指定時間歷程的結構模態擾動引起的非定常氣動力仿真；
4. 在給定陣風載荷（包括來流方向和幅值突變）條件下，基于CFD方法進行時域陣風響應計算。
二、特色優勢
1. 高保真度CFD/CSD時域推進耦合氣動彈性精細化仿真，準確捕捉跨音速顫振“凹坑”等非線性特征；
2. 支持緊支徑向基函數(RBF)和逆等參映射(IIM)兩種高效數據插值方法；
3. 靜氣彈計算支持模態法和柔度法2種方法，高效計算舵效、氣動載荷重新分布、靜變形等問題；
4. 動氣彈計算支持模態法和調用外部有限元軟件NASTRAN聯合仿真，準確計算顫振、抖振、嗡鳴問題；
5. 采用網格速度法實現多種陣風類型響應計算，包括cos、sin、gauss、1-cos以及各種類型的自由組合。
三、精度驗證
BSCW機翼跨音速激波邊界層干擾氣動計算
a. 計算模型
來流馬赫數Ma=0.85
采用2階Roe 迎風格式，湍流模型SA
圖 2 BSCW幾何與網格模型
b. 計算結果
圖 3 某剖面位置壓力系數分布計算值與FLUENT對比
圖 4 某剖面位置壓力系數云圖和馬赫數云圖
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
跨音速顫振預測——跨音速顫振是飛行器氣動彈性分析的難點，傳統的勢流線化方法不能準確預測飛行器高亞音速和跨音速的非定常氣動力，主要是不能準確的預測激波的位置、范圍，以及激波的位置和范圍隨結構變形而發生的變化。目前采用全階非線性Euler方程或N-S方程與結構運動方程耦合來數值模擬跨音速顫振問題已經成為工程研究的趨勢。
圖 6 AGARD機翼氣動-結構耦合數據插值
圖 7 跨音速顫振“凹坑”計算
跨音速單自由度舵面嗡鳴預測——在跨音速或低超音速飛行時，操縱面(副翼、方向舵、全動平尾)有時會發生繞鉸鏈軸旋轉的單自由度自激振動，強烈的嗡鳴可能導致結構的破壞，常常影響著新型號的研制進程。基于CFD的分析方法，可以準確預測激波位置和強度，從而為預測嗡鳴的發生。
圖 8 單自由度舵面幾何和網格
圖 9 不同馬赫數條件下，激波位置分布
圖 10 發生嗡鳴時，舵面等幅振蕩廣義位移時間歷程曲線圖與相平面圖
靜氣彈舵效分析——結構彈性變形對于現代高性能飛行器（如帶有大展弦比升力面）的性能、靜和動穩定性等飛行品質也有不可忽略的影響。靜氣彈變形對舵面操縱效率的影響是氣彈分析的一個重要方向。
圖 11 大展弦比機翼靜變形和不同舵偏角下的力矩系數變化
圖 12 不同工況的下的流場分布
結構模態擾動非定常氣動力計算——采用結構模態擾動流場，觀察氣動力的變化，可以分析不同的模態形式對流場影響的強度。
圖 13 模態擾動計算模型和散點插值
圖 14 階躍激勵和諧波激勵模態擾動后的廣義位移曲線
五、行業客戶
航天：北京機電工程研究所、上海機電工程研究所
航空：航空工業洪都650所
電 話：029-832 43686
郵 箱：adi@adicn.com
聯系地址：西安市高新區丈八六路融城東海A樓1101號
