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应用空气动力学大作业 学院：航空宇航学院 专业：飞行器设计 指导教师：罗东明 学生：陈志超 学号：S0801136 目录 第一章.作业背景和风洞试验数据 1 第二章.XFOIL适用简介与计算结果 2 第三章.GRIDGEN,FLUENT使用简介及计算结果 5 第四章.XFOIL,FLUNET与实验结果比较及分析 9 第五章.翼型网格生成技术探讨 10 第六章.经验总结 15 应用空气动力学大作业 第一章.作业背景和风洞试验数据 作业背景和目的 由于计算机技术和计算理论的双重发展，CFD在飞机气动设计扮演核心角色。不过CFD在湍流，非定常，化学反应模型的模拟中，还不甚理想，风洞试验在某些时候是必须的。CFD在升力计算方面在大多数情况下还是能满足工程需要的，当对工程界最关心的阻力方面预测不准确。 为此，人们需要对一些成熟的翼型划分网格，将CFD计算结果与实验结果进行比较。这样做，在学术上可以评价一种新的网格划分技术或者新的差分格式的精确度和适用范围，在工程上，可以为一类问题的网格划分或者差分方法提供依据，这有点类似工程师们的经验。 风洞实验数据 鉴于此，本文选择SD7037翼型，雷诺数为99900，MA=0.0043，a=340.29m/s, , μ=1.7894×10-5NS/m2,速度为1.46m/s,弦长 L=1m,分别用XFOIL和FLUENT计算，迎角为-6—12，间隔为1度。 图1.SD7037翼型风洞实验数据 第二章.XFOIL适用简介与计算结果 XFOIL使用简介 XFOIL 1.0是麻省理工大学的马克.雷拉1986年写的。主要目的是将高阶面元法的速度和准确性，用全耦合粘性与非粘性的相互作用的方法统一起来。 对于无粘情况从后缘开始布置面元，方程组靠后缘满足库塔-儒可夫斯基后缘条件e^n转捩工程准侧来描述。阻力主要由压差阻力和附面层粘性造成的摩阻组成。在粘性计算模式下，钝的后缘的精度和计算速度比尖后缘强很多，为此工程中往往将后缘做成上下差为0.0005倍弦长，肉眼一点也看不出，可这样处理后计算精度和速度提高很多，这与XFOIL粘性计算模式下内部的数值计算有关。 XFOIL有OPER,MDES,QDES,GDES四个模式，进行某种操作，必行进去某种模式下，“一步步菜单进去，且一步步菜单退出（按ENTER）”，若导入的翼型在前缘点过少，将会显示读取错误。 界面友好化的XFOIL-XFLR5的使用 XFLR5是采用WINDOWS界面，界面很友好，当是求解器仍然是XFOIL的求解器。本文就将利用XFLR5的可视化，调整e^n转捩工程准则中的n值，将不同的n值产生的极曲线与实验的极曲线进行对比，找到最优的n值，然后进入xfoil，使用vpar命令更改附面层参数n值，然后设置计算产生文件保存目录，这样就能获取计算结果，并且可用XFOIL带的显示功能显示极曲线。 下面是使用XFLR5的计算结果： 图2. XFLR5使用最优n值计算的全部结果 图3.翼型上表面转捩点与升力系数的关系，可以看到，装捩点越靠前缘，升力系数越大，此时迎角也越大 XFOIL的结算结果 e^n转捩工程准则中的n值在XFOIL中，有如下参考（来至XFOIL帮助文档）： 情况：Ncrit（n值） 滑翔机：12-14 伞翼机：11-13 干净风洞：10-12 一般风洞：9 差风洞：4-8 由于网上提供的风洞数据，我们无法知道对方风洞水平。我们可以在可视化XFOIL—XFLR5中调整不同的n值，与实验结果比较，得到满意的n值，本文得到的是n=9时极曲线比较吻合。 图4.XFOIL的计算结果 第三章.GRIDGEN,FLUENT使用简介及计算结果 GRIDGEN使用简介 Gridgen网格生成软件为美国空军在研制F16战斗机的过程中所开发的一套前处理工具，后由美国空军提供给个航空公司以及学术单位作为研究用途。但因使用的十分多，为了提供此软件更友好的界面及更强大的功能，故于1994年成立Pointwise公司，并开始将此工具提供给一般业界使用。 Gridgen主要采用Delaunay法这种方法实现网格划分，并能对同时对网格进行优化。Delaunay法在构造非结构网格时，总是尽量产生等边三角形。同时Gridgen作为通用的网格划分软件，通用性好，可用为很多软件提供接口，入门也较容易，不过网格修改比较麻烦，而且自动化操作不够，感觉不顺手。 FLUENT使用简介 FLUENT是ANSYS公司所有，模块众多，不可压流求解能力强，并且只带一个网格划分工具。对于翼型这样的流动，本文采用Spalart-allmaras模型，这个模型专门处理有壁面边界条件的空气流动问题，尤其处理边界层有逆压梯度的问题。 将GRIDGEN化好网格导入FLUENT后，FLUE