从超音速腔体声学到多物理无人机优化，PowerFLOW是如何应对军用飞机所特有的模拟挑战的一一以及国防行业的极端需求为何使其成为LBM的理想之选。
军用飞机所处的气动环境与商用飞机截然不同。战斗机必须在极端攻角下保持稳定性能，同时具备不对称外挂载具和可在飞行中开合的内部武器舱门。每种情况都带来了模拟方面的挑战，而传统的基于RANS的CFD方法在处理这些挑战时表现欠佳一一而基于LBM的PowerFLOW则尤为擅长应对此类问题。
更宽、更硬的飞行包线
防御型飞机的飞行范围扩展至低亚音速至马赫2乃至更高速度，攻角远大于商业飞行的范围。在高攻角状态下，前缘涡旋破裂对稳定性起着决定性作用，而RANS方法无法可靠地预测这一过程。跨声速及超音速条件下的进气道空气动力学涉及斜激波系统及激波与边界层的相互作用，这些现象具有极强的非稳定性和对小几何细节的敏感性。PowerFLOW固有的时间精确求解器一-覆盖从低亚音速马赫数到约2.0的范围一一能够应对这些决定结构疲劳和飞行控制动态的复杂条件。
机翼、外部挂载设备和武器舱腔声学
作战飞机通常会搭载带有燃料箱、目标吊舱及武器的挂架进行飞行，这些部件的组合方式会因任务的不同而有所变化。必须理解这些附加装置在气动学上的影响一一即产生的湍流尾流、激波撞击以及邻近表面的颠簸载荷一一不仅要在巡航状态时考虑，还需贯穿整个装载与释放过程，包括载荷分离时的瞬时载荷。PowerFLOW的自动笛卡尔网格生成技术消除了为每种新的载具配置重新手动构建计算网格的必要一一在传统CFD工作流程中，这一任务需要耗费数周的手工劳动一一从而使得评估程序必须认证的全部配置方案变得切实可行。
武器舱腔内非稳态压力波动的模拟。
武器舱腔体是另一项棘手的空气动力学挑战:它们在飞行中被打开时会成为声共振器，从而产生强烈的压力波动。PowerFLOWV能够直接解析这些波动的全部频谱内容，包括音调峰值和宽带背景信号，而无需采用基于RANS方法的声学类比方法。
将振动声学添加到仿真工具包中
分析并改善军用飞机非定常流特性仅是基于LBM的CFD工具(如PowerFLOW)所带来的益处之一。了解气动波动对电子元件振动和结构疲劳的影响同样重要，甚至可能更为关键。PowerFLOW能够通过与SIMULIA工具库中的另一款工具一一Wave进行耦合来实现这一目标。武器载荷、腔体、雷达天线罩等处的压力波动会被传递至Wave6，以评估敏感元件在整个飞行包线内需承受的振动载荷。用我们的一位客户的话说:“在程序早期阶段减少飞行事件并构建精准环境，这有助于(...)加速适航认证流程和平台整合。”
旋翼机与旋翼无人机气动学:
军用直升机和旋翼无人机在国防工程领域构成了某些最:为复杂且不稳定的空气动力学难题。桨叶涡流相互作用(BVI)与尾桨振动均会产生冲击性噪声和振动载荷，从而影响声学可探测性和机体疲劳程度。
旋翼航空器的空气动力学极为复杂且本质上是瞬态的。
在多旋翼无人机构型中，每经过一个桨叶位置时都会发生类似的旋翼间尾流相互作用现象。这些现象本质上具有瞬时性和空间复杂性，需要能够对涡旋结构进。行时间精确的解析一一这正是PowerFLOW所具备的能力。
无人机与快速多物理场概念优化
小型战术无人机一一涵盖第1至第3组的无人系统，其运行高度较低且速度适中一一带来了一项设计挑战。这一挑战与其说是关乎极端空气动力学原理，倒不如更多地涉及必须在概念阶段初期做出的权衡决策的速度与紧迫性。这些平台通常是在压缩的时间框架内、以有限的预算条件下进行开发的，然而它们还必须同时满足对空气动力耐久性、声学特征(对隐蔽行动至关重要)、结构重量、机载电子设备的热管理以及(日益增加的)雷达截面积等严格要求的满足。这些要求旨在确保其在有争议空域中的生存能力。这些学科之间彼此相互影响:一种能够最大程度降低雷达截面积的形体结构可能反而会增大阻力并缩短航程;一种轻质复合材料结构可能会将雷达能量反射到不理想的方向上;一种为效率而优化的推进系统则可能产生能被红外传感器探测到的热羽流。
整合于3DEXPERIENCE平台内的多物理场仿真技术，特别适用于这种压缩的、多学科概念环境。借助SIMULIA的MODSIM解决方案一一提供能够将几何建模与仿真紧密集成的自动化流程一一新无人机机身变体可在数小时内而非数天内得以设置并运行，从而能够实现针对螺旋桨直径、机身纤度比、进气口位置以及控制面几何形状的参数化扫描。CFD解决方案一一结合结构分析以进行重量估算以及计算电磁学用于RCS评估一-能够构建一套概念阶段工具链，使数十种设计候选方案能够在实物原型投入生产之前，根据完整任务要求集进行对比评估[4].对于一项在采购压力之下运行的小型战术无人机项目而言，前端设计周期的压缩一一以及由此带来的对所选方案的信心一一可能具有决定性的意义。
资料来源：达索官方
