Ansys 行業應用方案連載（19） | 飛行器外氣動

當今航空航天技術發展迅猛，以微電子技術為基礎的光電技術、生物技術、超導技術、納米技術和計算機、新材料、新能源、傳感器技術等一系列相關領域技術的迅猛發展，使得航天飛行器的發展也進入了一個前所未有的巨變期。

飛行器將出現高速化、隱身化、無人化、精確化、信息化的趨勢。展望未來，下一代飛行器設計與目前流行的管狀和機翼結構有根本的不同，預計未來幾十年內會研制出一系列全新的飛行器，如高超音速攻擊機、無人攻擊機、無人作戰飛機、微型、超微型偵察機、智能結構飛機、超音速巡航導彈、空天飛機、軌道攻擊武器、全面攻擊武器系統等。這些飛行器是隱身技術、高超聲速技術、無人機技術、動能技術、航天技術及激光技術的綜合應用，他們將代表一個新型飛行武器時代的來臨。

同時，未來飛行器的發展對空氣動力學提出了嚴峻的挑戰，而飛行器外氣動及相關領域的進展又將對未來飛行器性能的提高帶來巨大的影響，有些可能是革命性的影響。計算流體動力學（CFD）技術的進展可使飛行器的設計、優化很容易在計算機上完成，不僅可大大節省研制費用，縮短研制周期，還可方便地進行優化設計，以獲得飛行器的最佳性能。可以預見，空氣動力學科發展和CFD的相互作用，將推動人類飛行器不斷向前發展。

Ansys飛行器外氣動解決方案旨在幫助企業總體氣動設計工程師在統一的仿真平臺上充分評估飛行器總體氣動的各項性能指標，充分優化飛行器氣動外形設計、氣動熱分析、氣動噪音評估、彈箭發射及彈道軌跡等。

飛機外氣動仿真設計包括總體氣動設計和部件氣動設計，具體分析包括：

• 飛機氣動性能分析

• 氣動彈性分析

• 氣動噪聲

• 飛發一體化氣動設計

• 外掛一體化氣動設計

• 螺旋槳氣動設計

• 飛機部件氣動參數優化

• 飛機氣動外形拓撲優化

• 飛機水上迫降分析

• 飛行排液分析

• 飛行結冰分析

• 飛機防/除冰分析

• 飛機空投分析

• 彈箭超音速/高超音速氣動設計
  

• 彈箭氣動熱設計及綜合熱設計

• 彈箭舵面氣彈分析

• 彈箭氣動噪聲分析

• 彈箭發射及彈道軌跡設計

• 火炮出膛分析

• 火箭級間分離分析

• 彈箭入水/水下發射及空化分析

• 彈箭氣動外形優化

Ansys飛行器外氣動解決方案將高效模型處理、高效高質量網格劃分、高精度氣動求解器、先進的氣動優化技術、行業領先的多場耦合技術、具有線性加速的高性能并行技術、以及強大的后處理技術集成在同一個仿真平臺上，從而提供了一套完整的高效高精度飛行器解決方案。

• 高效模型處理：Ansys SCDM基于直接建模思想的集成工作環境，使工程與設計人員能夠以最直觀的方式進行工作，適合于多種數據來源的CAD模型快速簡化處理、非參數化中心CAD模型參數化，進而最大程度支持設計優化，可以輕松地對模型進行操作以解決實際工程問題。

• 高效高質量網格劃分：業界最先進和主流的網格劃分工具，如特別適合飛行器流場精確分析的、使用獨特的網格雕塑技術處理復雜外形并生成高質量六面體網格的ICEM CFD；適合于復雜模型大網格量網格劃分的、具有獨有專利Mosaic網格連接技術、能夠高質量以及低數量網格的多面混合網格的Fluent Meshing。

• 高精度求解器：業界標桿黃金求解器Fluent，包含基于密度基的超音速和高超音速飛行器外氣動求解器及高速數值收斂算法、基于壓力基的亞音速/跨音速和超音速飛行器外氣動求解器、適用于彈箭發射/投放等運動體分析的動網格技術和重疊網格技術、適用于激波捕捉的網格自適應技術、適用于氣動外形優化的Adjoint solver模塊、適用于氣動噪聲分析噪聲模塊、以及適用于全速度場氣動分析的Fluent Aero氣動分析模塊等。

• 高性能并行技術：支持分布式多線程共享內存并行（SMP）以及多核多CPU（DMP）并行，能夠自動依據計算機資源優化內存的使用，高性能并行計算具有線性加速能力，并且支持GPU加速功能。

Ansys高效高精度氣動解決方案在模型處理、網格劃分、計算求解、并行加速及后處理方面的創新及提升極大地加快了飛行器外氣動計算效率，通過將Ansys先進的氣動解決方案與傳統的試驗和設計經驗相結合，可以實現全面完整的虛擬原型設計，從而提升飛行器研發設計能力，有效指導新產品的研發設計，節省產品開發成本，縮短開發周期，從而大幅度提高企業的市場競爭力。