要點

• 分析機翼上不可壓縮流動的重要性。

• 翼型流體流動分析方法。

• 用于不可壓縮流動分析的最佳 CFD 工具。 

不可壓縮流與可壓縮流

在物理學中，有一個大多數(shù)人都會同意的力悖論：當不可阻擋的力遇到不可移動的物體時會發(fā)生什么？對于外行來說，任何尋求解決此問題的努力似乎都是浪費時間。另一方面，科學家或工程師可能會應(yīng)用需要充分審查的科學方法，以便可以從數(shù)學上定義假設(shè)。如果可以設(shè)計一個模型，那么就可以得到一個解決方案。 

研究看似不可能的情況通常很有用。例如，了解接近這些條件的系統(tǒng)的物理特性或量化參數(shù)以優(yōu)化物理設(shè)備的設(shè)計。這方面的一個例子是機翼上不可壓縮流動的研究。空氣是可壓縮的；然而，假設(shè)不可壓縮性對于空氣動力學分析和設(shè)計來說是有優(yōu)勢的。 

分析機翼上不可壓縮流動的重要性

在設(shè)計或研究當今的飛行平臺時，了解機翼周圍的氣流（無論是對稱的還是弧形的）至關(guān)重要。這對于確定飛機運行速度范圍內(nèi)機翼和螺旋槳的最佳材料和形狀非常重要。而速度較慢的飛機（例如馬赫數(shù) < 0.3）的氣流往往會滿足不可壓縮性的標準。

所有真實或自然的流體（包括空氣）都是可壓縮的。然而，如果速度恒定或接近恒定，飛機和機翼周圍的空氣流可以被視為不可壓縮。這等效地意味著，對于可定義的體積或流量塊，密度是恒定的。做出這一假設(shè)可以顯著簡化翼型氣流的 CFD 分析。

翼型流體流動分析方法

求解大多數(shù)流體力學分析以及翼型研究的基礎(chǔ)是可壓縮納維-斯托克斯方程，如下所示。

可壓縮納維-斯托克斯方程

該方程通常用連續(xù)性方程求解，計算量大且耗時。因此，如果可能的話，通常會追求簡化。如果可以滿足翼型上不可壓縮流動的條件，則方程可以簡化為以下。

不可壓縮流體流動的納維-斯托克斯方程

上述納維-斯托克斯方程用于不可壓縮流動分析。如果滿足無粘流和其他條件，也可以使用不可壓縮流的簡單伯努利方程（源自納維-斯托克斯）。

不可壓縮流動的簡化伯努利方程

使用良好的 CFD 工具可以最有效、最準確地求解上述機翼上不可壓縮流動的方程；然而，還有一些有用的替代分析技術(shù)。 

替代翼型分析技術(shù)

翼型周圍的流體流動也可以使用渦流片進行分析。通常，使用上板和下板并在水平軸上定向。

渦流片模型假設(shè)

• 渦旋片在 x 軸上形成單片

• 只有小攻角

• 流動偶發(fā)性（整個表面具有相同的流線值） 

• 翼型很薄

渦流方法對于渦度計算非常有用，例如飛機起飛期間機翼后緣形成的渦流；然而，沒有考慮機翼形狀和迎角。為了解決這些重要的航空設(shè)計參數(shù)，可以使用薄翼型理論，該理論基于上述假設(shè)。該方法適用于翼型上的無粘性和不可壓縮流動，包括迎角對升力的影響，如下圖所示。

高攻角的影響

無論選擇哪種分析方法，最佳實施方式都是采用 CFD 求解器。

用于不可壓縮流動分析的最佳 CFD 工具

如上所述，有多種分析方法可用于研究翼型上的不可壓縮流動，其中可能包括用于綜合評估的尺寸分析技術(shù)之一。盡管使用這些方法時涉及的一些方程可以通過手動分析來求解，但強烈建議使用提供各種解決方案、快速計算和圖形分析的高級 CFD 求解器。

例如，Cadence CFD工具包括多個程序，可以提供可以進行比較和對比的各種分析結(jié)果。這種靈活性以及高精度將使您能夠優(yōu)化機翼研究和/或航空系統(tǒng)設(shè)計中的不可壓縮流。 

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