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在高空验证:PowerFLOW如何赢得航空航天和国防行业的信任

来源: | 作者:thinks | 发布时间 :2026-05-28 | 11 次浏览: | 🔊 点击朗读正文 ❚❚ | 分享到:

验证是航空航天工程领域的关键要素。通过AIAA高升力预测研讨会系列以及 NASA与机架噪声方面的15年合作,Exa的高速LBM求解器已证明其能够处理那些传统CFD无法处理的流场问题。

 

一种全新的模拟方法通过艰难的方式在航空航天与国防行业赢得了信誉:它被公开置于实验数据的检验之下,呈现在行业中最严苛的批评者面前,所涉及的正是那些对该行业构成重大挑战的问题。

 

美国航空与宇航学会高升力预测研讨会

在航空航天CFD领域的所有基准挑战中,高升力空气动力学是最具难度的之一。当飞机在起飞和着陆时展开襟翼和缝翼时,机翼的几何形状会变得异常复杂一一多个重叠表面被狭窄间隙分隔开,每个表面都会产生各自的湍流尾流,而这些尾流又会相互影响。流场被大幅分离,高度不稳定,且对几何细节极为敏感。传统基于RANS方法的求解器长期以来在这些条件下一直难以应对,生成的流场结构和最大升力预测结果通常与风洞试验结果相去甚远。

 

高升力翼在失速附近的复杂流动结构,由PowerFLOW模拟。 

高升力翼在失速附近的复杂流动结构,由PowerFLOW模拟。

 

AIAA高升力预测研讨会(HLPW)系列的设立,正是为了揭示这些不足之处,并推动CFD领域的整体改进研讨会通过使用高质量实验数据来测试求解器,以0评估标准公开提供的高升力配置一一如着陆构型的通用研究N模型一一在攻角达到甚至超过定义飞机认证余量的失速点时的表现。

 

PowerFLOW自2010年伊始便参与了HLPW系列的研究工作,并且始终展现出相较于RANS方法所具备的优势。特别是在该研讨会旨在强调的特定条件下,PowerFLOW 能够通过覆盖整个攻角范围,准确预测升力、阻力以及表面压力。尤为关键的是,这种方法能够以极高的精度处理叶片、主元件与襟翼之间复杂的间隙流场,捕捉到决定最大升力的分离起始与进展过程。最重要的是,对机翼表面流场结构的仔细比较显示出了惊人的吻合度,这证明PowerFLOW不仅能够准确预测阻力和升力值,而且是通过预测空气流的真实物理特性来获取这些整体数值的

 

展示了CRM(通用研究模型)在高升力气动学预测接近失速状态时的准确性:HLPW-4风洞对表面流线的测量(左图),PowerFLOW预测结果(右图)。关键流域以黄色标出。 

展示了CRM(通用研究模型)在高升力气动学预测接近失速状态时的准确性:HLPW-4风洞对表面流线的测量(左图),PowerFLOW预测结果(右图)。关键流域以黄色标出。

 

与高升力预测研讨会并行开展的还有Exa参与的其他系列研讨会:美国航空航天学会(AIAA)阻力预测研讨会(DPW)系列。PowerFLOW在该系列研讨会上展示了其对跨声速巡航阻力的精准预测能力,更令人印象深刻的是,它还捕捉到了跨声速激波诱发分离现象一一这种非稳态激波导致的分离现象定义了可用飞行包线的上界,而RANS工具通常对此类现象的预测存在偏差[3]此外,AIAA推进与空气动力学研讨会系列正在探讨CFD技术在军用喷气式飞机推进器进气道方面的应用潜力。这些进气道通常为带有复杂流分离现象的S型管道。PowerFLOW非定常模拟再次展现出其优越性,超越了主流的基于RANS方法的方案。

 

NASA机身噪声合作十五年

Exa(及后来的SIMULIA)验证LBM技术的另一关键要素是与美国国家航空航天局(NASA)持续进行的为期15年的合作,该合作旨在解决机架噪声问题从简化的起落架和湾流商务喷气机的比例模型,到对全尺寸大型商用飞机的模拟,PowerFLOW在机身噪声的各个方面均得到了系统的验证,并与美国国家航空航天局的风洞试验和飞行测试数据进行了详细比较。这解决了民用和军用航空领域中的一个关键问题一一对社区噪声水平的认证。随着飞机引擎通过数十年的涡轮风扇技术革新变得越来越安静,机架组件一一着陆装置、机翼襟翼和缝翼在进场过程中产生的噪音一一已成为现代飞机造成社区噪音的主要来源。要实现未来法规中设定的噪音目标,就需要在组件层面进行理解和降噪处理。PowerFLOW被证明非常适合应对这一挑战。

 

PowerFLOW对飞机机身噪声主要来源的模拟。 

PowerFLOW对飞机机身噪声主要来源的模拟。

 

NASA的合作关系持续得到发展和扩展,目前正通过利用模拟技术来支持向基于物理学的虚拟认证模式的转变,以此作为飞行测试活动的补充。

 

自埃萨公司于2017年被达索系统公司收购后,PowerFLOW便被整合至SIMULIA品牌,并纳入3DEXPERIENCE平台一一由此形成了一套基于相同动力学理论构建的多物理仿真套件,直接面向航空航天与国防市场最严苛的仿真挑战。

 

资料来源:达索官方

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