飞行器大攻角流场数值模拟研究

摘要

现代先进的战斗机，不仅要求具有高速飞行的能力，也要求在大攻角下具有过失飞行的能力。三角翼的翼面布局能够很好协调不同速度范围内对飞行器机翼平面形状的不同需求，因此本文展开对三角翼大攻角流场的数值模拟研究。
　　本文利用开源计算流体力学(CFD)软件包OpenFOAM对三角翼大攻角流场进行数值计算。首先，利用OpenFOAM软件，采用SA-DDES模型对不同雷诺数下的圆柱绕流进行了数值计算，将所得到的阻力系数Cd与斯特罗哈数St与其他文献数据进行对比，发现计算得到的数据与其他文献具有较好的一致性，从而验证了OpenFOAM软件的可行性。其次，分别采用SA模型和SA-DDES模型对攻角为0°、10°、30°、50°、70°、90°带支架后掠60°三角翼流场进行数值计算，分析流场特性，将得到的气动力参数与实验数据进行对比，计算结果表明:在涡未破裂的情况下，SA模型与SA-DDES模型所得到的气动力参数与实验结果吻合良好，但是当涡破裂以后，SA模型表现出了明显的不足，而SA-DDES则可以得到较好的结果。最后，为了研究支架对三角翼气动特性及空间流场的影响，采用SA-DDES模型对不带支架的三角翼流场进行数值计算，计算得到的法向力系数与带支架的情况相比偏小。计算结果同时表明，支架对机翼附近的空间流场产生一定的影响，在攻角较小时，支架对机翼附近的空间影响较小，但是，随着攻角的增大，支架对流场的影响将会变强。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．2 三角翼大攻角流场中的非定常现象

1．3 机翼大攻角流场数值模拟研究的进展

1．3．1 网格和非定常计算方面的研究

1．3．2 湍流模型方面问题的研究

1．3．3 飞行器大攻角流场的研究

1．4 本文研究的主要内容

2 CFD数值模拟基本理论

2．1 控制方程

2．1．1 质量守恒方程

2．1．2 动量方程

2．2 湍流模型

2．2．1 雷诺(Reynolds)平均N-S方程(RANS)方法

2．2．2 大涡模拟

2．2．3 湍流模型的选择

2．3 相关参数

2．3．1 雷诺数(Reynolds)

2．3．2 斯特罗哈数(Strouhal)

2．3．3 阻力系数、升力系数和力矩系数

2．4 网格的划分

2．5 开源OpenFOAM软件

2．5．1 OpenFOAM的发展及应用

2．5．2 OpenFOAM的结构框架

2．5．3 OpenFOAM功能介绍

2．5．4 OpenFOAM中对控制方程的离散

2．5．5 OpenFOAM中的边界条件

2．5．6 OpenFOAM中的湍流模型

3 圆柱绕流的数值模拟

3．1 模型的建立

3．2 边界条件的确定

3．2 结果分析

4 三角翼大攻角流场的数值模拟

4．1 带支架三角翼流场的数值模拟

4．1．1 几何模型建立

4．1．2 网格的划分

4．1．3 边界条件的确定

4．1．4 计算结果分析

4．2 不带支架三角翼流场的数值模拟

4．2．1 模型的建立与网格划分

4．2．2 计算结果分析

5 结束语

5．1 全文总结

5．2 下一步工作

致谢

参考文献