Аэродинамика внешних течений является важнейшей теоретической основой при разработке аэрокосмической техники и проведения аэродинамических расчетов современных самолетов и других летательных аппаратов.
На сегодняшний день значение этой отрасли гидрогазодинамики непрерывно растет ввиду создания нового поколения коммерческих и военных самолетов, а также беспилотных летательных аппаратов. Несомненно, газодинамическое моделирование играет очень важную роль в этой области. Панельный метод предварительной оценки и другие методы используются до сих пор, однако применение газодинамического
моделирования позволяет получить более точные результаты и более полную информацию о показателях эффективности транспортных средств на самом раннем этапе проектирования.
Программное решение FloEFD компании Mentor Graphics успешно используется для моделирования внешней аэродинамики в самых разных исследованиях, начиная от аэрофотосъемок и заканчивая моделированием целого самолета во всем физически допустимом диапазоне чисел Рейнольдса, включая дозвуковые, трансзвуковые и сверхзвуковые скорости. По сравнению с традиционным подходом к газодинамическому моделированию, FloEFD позволяет получить гораздо более подробные результаты. В систему встроено несколько дополнительных математических моделей для проведения более детального анализа. Например, в FloEFD есть модель перехода между ламинарным и турбулентным течением, а также новейшая и эффективная модель граничного слоя. FloEFD имеет несколько вариантов визуального отображения результатов, что позволяет исследовать сложную трехмерную структуру потока и представить его аэродинамические параметры в понятной форме.
В данной статье мы рассмотрим две модели самолетов. Первая –
исследовательская модель NASA Common Research (далее – NASA CRM) в конфигурации «крыло-корпус-горизонтальное хвостовое оперение», а вторая - российский коммерческий самолет Ту-214.
Основная цель исследования состояла в получении аэродинамических характеристик транспортных средств, таких как коэффициенты подъемной силы, коэффициент лобового сопротивления, коэффициент момента тангажа и коэффициент давления, которые затем сравнивались с экспериментальными данными.
Сперва рассмотрим моделирование внешних течений на модели NASA CRM в конфигурации «крыло-корпус-горизонтальное хвостовое оперение» и сделаем особый акцент на полученных аэродинамических коэффициентах. Само возникновение открытой модели NASA CRM благодаря заинтересованным сторонам, которые в разное время просили NASA о содействии в разработке современных экспериментальных баз данных, которые послужили бы эталоном для проверки работы программных пакетов для газодинамического моделирования [1]. NASA
создали трансзвуковую надкритическую конфигурацию крыльев с отличными аэродинамическими характеристиками и высокой эффективностью в вариантах с кабиной/пилоном или без них. Горизонтальный хвост спроектирован для получения большого числа Маха, а его геометрия подходит под типовые требования к устойчивости и управляемости самолета. Фюзеляж выполнен по типу широкофюзеляжного коммерческого транспортного самолета. На фюзеляже также есть обтекатель крыла и обтекатель для горизонтального хвоста. Модель NASA CRM представлена на рисунке 1
Расчеты проводились при следующих параметрах: M = 0.85, P∞ = 201300 Па и T∞ = 210.9 K. Угол атаки изменялся в диапазоне от 0° до 4°. Наилучшие результаты были получены в сетке модели вблизи самолета с некоторыми уточнениями при расчете с помощью технологии Solution Adaptive Refinement (SAR)(Адаптивное уточнение решения), встроенной в FloEFD. Следует обратить внимание на точное разрешение сетки вблизи передней кромки крыла.
Коэффициент подъема, поляры, коэффициент момента тангажа и распределение коэффициента давления по хорде на 49,9% полупролета были получены из резульутатов расчетов и эксперимента [2] и представлены на рисунках 2 и 3.
Система FloEFD отлично справилась с расчетом коэффициентов подъемной силы и коэффициентом сопротивления в линейной области. Расчет коэффициента момента тангажа показал чуть большие отклонения. Также имеется незначительное расхождение коэффициента Cp между результатами расчета и эксперимента. Распределение давления по траекториями потока, окрашенное пропорционально числу Маха при М = 0.85 и угле атаки 4°, показано на рисунке 4
Продолжение: http://cad-is.ru/blog_post/floefd
Подробнее о FloEFD: http://cad-is.ru/floefd
По вопросам приобретения, обучения, бесплатного тестирования и любым другим вопросам, пожалуйста, обращайтесь: info@cad-is.ru тел. 7(495) 740-05-10