機翼
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機翼的視頻教程
I-06機翼形狀優化《STAR CCM+官方案例視頻教程》
STAR CCM+官方案例視頻教程系列之I不可壓縮流_06機翼形狀優化 涉及主要知識點： 1）STAR CCM+伴隨流體求解器介紹； 2）具體的機翼優化設置； 3）有關機翼的仿真需要和上節課“06伴隨流體：機翼形狀優化”結合起來學習。
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Fluent專家-流動-4 (機翼超音速流動)
Fluent專家-流動-4 (機翼超音速流動) 案例簡介 機翼模型如下圖所示，其中周圍馬赫數為0.8，攻角α=4°，通過fluent來分析機翼外流場情況。 Spalart-Allmaras 模型（1equ）： 1）. Spalart-Allmaras 模型是設計用于航空領域的，主要是墻壁束縛流動，而且已經顯示出和好的效果。 2）。
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I-05雙元機翼的外部流體《STAR CCM+官方案例視頻教程》
STAR CCM+官方案例視頻教程系列之I不可壓縮流_05雙元機翼的外部流體 涉及主要知識點： 1）STAR CCM+伴隨流體求解器介紹； 2）有關機翼的仿真需要和下節課“06伴隨流體：機翼形狀優化”結合起來學習。
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機翼的實例教程
機翼顫振風洞實驗與飛行試驗錄像
飛機機翼尺寸通常較大、剛度有限，飛行中受外力擾動可能產生彈性彎曲變形。由于機翼上氣動力及作用點的變化、機翼扭心和重心位置不同，機翼會產生扭轉變形。當舵面（如副翼）操縱機構存在縫隙或松弛時舵面會發生偏轉。因此機翼存在兩種典型的耦合變形，即彎曲/扭轉變形和彎曲/舵面偏轉變形。這些變形和運動不僅對應著機翼結構彈性力和慣性力的變化而且會產生附加氣動力的變化。相應地，一定速度下機翼彈性力、慣性力和氣動力等耦合作用而形成的振幅不衰減的自激振動也包含了兩種典型的顫振，即彎曲/扭轉顫振和彎曲/舵面偏轉顫振。
以下將討論彎曲/扭轉顫振以及彎曲/舵面偏轉顫振產生的機理及其抑制方法。
3. 機翼彎曲/扭轉顫振機理及其抑制
圖4是機翼彎曲/扭轉顫振原理圖[2]，翼型代表機翼翼端某翼剖面，其中空心圓圈、叉號和實心圓圈分別代表機翼的焦點、剛心（扭心）和重心，假設重心位于剛心之后，如圖所示。
圖4. 機翼彎曲/扭轉顫振原理
假設擾動前翼剖面位于位置2，擾動去除后其位于位置0，此后翼剖面在機翼彈性力作用下向上運動(位置0-4)。由于翼型重心處作用的慣性力Fi靠后，從位置0-4翼型形成順時針扭轉角，翼型迎角始終為正，產生的附加升力始終向上并有加大扭轉的趨勢，該氣動力與振動方向一致是激振力，且該激振力隨速度平方增加。另一方面，翼型從位置0-4向上運動時，相對速度向下傾斜使有效迎角減小，形成向下的負升力，此力與機翼振動方向相反是減振力，且該力隨速度一次方增加。位置4-8的向下振動過程與此類似，也存在上述激振力和減振力。由于隨速度增加氣動激振力比氣動減振力增加得更快，一旦速度達到或超過某臨界值就會發生顫振甚至造成結構破壞。圖4(c)將彎曲和扭轉變形與飛行距離結合顯示了其臨界顫振過程。
展開 飛機外觀最凸顯的部分就是機翼，經常坐飛機的朋友一定會注意到飛機的機翼上有很多特別的設計，雖然每次都能看到，但是不一定了解這些部分的作用和名稱。這篇文章就是要給大家解答疑問，在下次乘坐飛機的時候，可以對看到的部件有一定的認知，順便可以跟旁邊的妹子吹噓一下~（注：以下僅對民航客機機翼結構作用和設計原理進行簡單科普）
為什么機翼不是薄薄的一片？
我們都玩過紙飛機，紙飛機就是薄薄的一片機翼，那么為什么民航客機的機翼不是薄薄的一片呢？首先，紙飛機的機翼不能夠產生升力，只是保證紙飛機自身向前滑翔而已，跟滑翔傘是一樣的。其次，飛機的機翼需要為飛機提供升力、控制水平翻轉、儲油和懸掛發動機等復雜功能。戰斗機的機翼非常薄，但也不是薄薄的一片，只是相對客機來說很薄，這是因為戰斗機飛行的速度會幾倍于音速，所以所涵蓋的設計原理與民航客機不太一樣，這里我們不討論了。民航客機的飛行速度是亞音速，也就是接近于音速，因此我們可以看到飛機的機翼都是我們見到的這種形狀：
我們日常常見的民航客機，包括一些常見的商務型客機的飛機機翼幾乎都是這兩種形狀設計。飛機的機翼為什么要設計成這種形狀和厚度呢？主要目的就是為了讓機翼在空中飛行的時候，將氣流切割成上下兩個部分，并且讓兩個部分產生差異。接著我們用一張圖來給大家簡單的演示一下機翼是如何產生升力的：
▲升力原理圖
這個原理主要利用的就是壓力差，并不是原力或者龜派氣功。機翼上下表面形狀是不對稱的，空氣沿機翼上表面運動的距離更長，自然流速更快，根據伯努利定理，速度越快，氣壓越小，上下表面的壓力差就提供了升力。
展開 摘 要：飛機機翼的力學性能對整個飛機的飛行影響非常重要。隨著計算力學的發展，飛機機翼的有限元性能分析朝著集成化、結果一致性的方向發展。本文通過ANSYS的ACT平臺，建立了基于ANSYS Workbench的飛機機翼仿真分析模板庫，可以實現機翼參數化建模、強度分析和模態分析。通過調用該模板庫，可以提升仿真分析的效率，同時可以確保分析結果的一致性。
關鍵詞：飛機機翼模板庫;ANSYS Workbench;ACT平臺;仿真分析;
一、引言
飛機機翼作為關鍵結構，對飛機的飛行性能影響至關重要。采用有限元分析對機翼進行正向設計或者設計優化已成為當前機翼設計的通用做法。機翼的優化迭代需要重復地繪制機翼幾何模型，降低了設計效率。而參數化的機翼模型可以快速進行建模，減少工作量，提高效率，縮短了設計周期，并且方便修改[1]。基于參數化模型的基礎，整合強度分析、模態分析性能評估，形成機翼仿真分析模板庫，提升效率的同時，可以確保仿真分析的一致性。
二、機翼仿真分析模板庫的建立過程及案例展示
2.1機翼仿真分析模板庫構建
ACT平臺的全稱是ANSYS Customization Tools，是ANSYS Workbench應用環境的客戶化定制開發工具，主要解決用戶在工程仿真應用中遇到的功能自定義和程序擴展的問題。借助ACT，用戶可以在ANSYS已有功能的基礎上，定制開發適合自身專業特點與特殊業務需求的新功能。使用ACT平臺，可在Workbench Project標簽中定制仿真工作流，將仿真工作流集成，過程和腳本組合進ANSYS生態系統。
整個機翼仿真分析模板庫在ANSYS ACT平臺進行實現，建立過程包括搭建用戶輸入界面、機翼參數化建模、分析計算等。
展開 圖3 傾轉旋翼機機翼前三階模態振型
圖4 鋪層角度對機翼固有頻率的影響
機翼蒙皮鋪層角度影響
基于機翼有限元模型，采用模態分析方法研究機翼蒙皮鋪層角度變化對機翼固有頻率的影響。改變機翼蒙皮第二層鋪層的角度，分別采用以下三種不同的鋪層角度設計：0°/90°/45°，研究機翼蒙皮鋪層角度設計對機翼動特性的影響，結果如圖4。
結果顯示，機翼蒙皮第二層鋪層角度設計為0°和90°時，傾轉旋翼機機翼的垂向彎曲、弦向彎曲和扭轉模態頻率相同，未發生改變，表明復合材料鋪層角度0°和90°時，復合材料鋪層對于機翼的各向剛度貢獻一致。機翼蒙皮第二層鋪層角度設計為45°時，與0°相比，機翼的垂向和弦向彎曲頻率小幅減小，扭轉固有頻率提升了8%，說明復合材料機翼蒙皮鋪層角度45°時，復合材料鋪層剛度的彎扭耦合特性有效地提高了機翼的扭轉固有頻率和扭轉剛度。可見，利用復合材料剛度方向可設計性和彎扭耦合剛度特性進行機翼鋪層角度優化設計，可在不改變機翼質量和氣動外形設計的前提下，增強機翼扭轉方向的剛度，達到提高扭轉模態頻率的目的。
機翼蒙皮鋪層厚度影響
研究機翼蒙皮厚度對其固有頻率的影響，結合上述分析結果，機翼局部或整體增厚，具體鋪層方案及相應增重如下：
方案1：機翼整體蒙皮鋪層增加1層，增重9kg;
方案2：機翼整體蒙皮鋪層增加2層，增重18kg;
方案3：機翼根部蒙皮鋪層增加3層，增重9kg;
方案4：機翼根部蒙皮鋪層增加6層，增重18kg。
圖5(a）為四種蒙皮增厚方案下機翼固有頻率對比結果，圖5(b）為機翼整體和根部分別增厚，機翼增重18kg的方案與原方案固有頻率對比結果。
對比方案1和方案3，方案2和方案4，結果顯示，復合材料機翼蒙皮增厚可以有效地提高機翼各階固有頻率。
展開 建立能夠精確模擬吸氣和進行穩定性分析的轉捩預測分析方法，搭建面向混合層流機翼的高效、可靠的優化設計系統，發展適用于混合層流機翼的試驗方法和測試方法，完善混合層流機翼生產制造和運行維護手段等是混合層流流動控制技術目前需要解決的重要問題，對于混合層流技術早日實現工程應用具有重要意義。
4.3 超聲速自然層流機翼
超聲速自然層流機翼是近年來提出的新的概念，旨在研究在巡航速度超過聲速飛機上應用層流機翼技術的手段，應用方向有先進運輸機、長航時無人機、臨近空間飛行器等。
NASA通過F-15B飛行驗證機開展了超聲速自然層流機翼的飛行試驗，在馬赫數2的飛行速度下，試驗段外翼幾乎獲得了全范圍層流，內翼段層流區約為75%~80%，如圖20所示。洛馬公司設計的超聲速層流機翼減小10%的黏性阻力。這些結果極大地鼓舞了航空工業發展自然層流超聲速機翼技術的信心。
相比低跨聲速層流機翼，超聲速層流機翼在流動特征上表現為高馬赫數導致強壓縮性，盡管壓縮性增強帶來的氣動阻尼效應有利于抑制二維TS擾動波的發展，但大后掠高雷諾數下橫流不穩定性更加強烈，三維TS斜波和橫流行波成為可能主導轉捩的不穩定模態。牛海波等開展的風洞試驗結果表明，馬赫數6時機翼前緣轉捩主要由橫流主導。因此，傳統的轉捩預測方法不再適用，需要發展能夠考慮TS斜波和CF行波的轉捩預測方法。此外,超聲速層流機翼還需要兼顧聲爆特性，開展層流聲爆耦合設計。
圖20 F-15飛行試驗
5 結論
通過對層流機翼設計技術的現狀及可行性進行分析，可以得出結論：層流機翼是滿足未來綠色航空需求的首選。
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機翼的最新內容
航空航天領域：它可以用于制造長達數米的機翼梁、機身框等主承力結構，消除拼接弱點，提升整體可靠性。
汽車工業：配合自動鋪放設備，可實現部分結構件的高速連續生產，縮短制造周期。
海洋工程：超長耐腐蝕管道、深海立管的纏繞成型變得簡單高效。
醫療器械行業：骨科植入物、手術器械的連續擠出成型確保了產品的一致性和可追溯性。
<p>“2.8GB的機翼CFD結果，還得傳15分鐘。美國那邊上午十點就要評審，我這是又得熬夜了。”——這曾是飛機研發工程師老張的日常：跨洋傳輸大模型、苦等下載、格式轉換、版本混亂……無數個深夜，都耗在了數據的搬運而非真正的工程分析上。
計算結果精準捕捉了機翼上翼面的強激波位置。
主要應用領域
CAI測試的應用場景高度貼合高端制造領域的實際需求，覆蓋航空航天、風電、高性能汽車與軌道交通等核心領域：
風電領域：模擬風機葉片在運行中遭遇冰雹、飛鳥、空中碎片撞擊的場景，評估葉片抗沖擊性能，直接決定葉片的使用壽命和運行可靠性；
航空航天領域：機翼、機身、尾翼等承力結構多采用碳纖維增強塑料（CFRP），飛機在起飛、降落、穿越云層時可能遭遇冰雹撞擊，或在制造、
這個假設在宏觀世界非常成功——計算大橋變形、飛機機翼應力都很準確。
培訓內容：
1、 歐拉顆粒流模型
2、稠密顆粒流模型
3、歐拉壁膜模型
4、案例--氣力輸運過程模擬
5、案例--流化床模擬
6、案例--機翼液滴收集模擬
7、案例--攪拌器內流場模擬
8、PBM模型基礎理論
9、案例--氣泡匯聚與破碎
時間：2月26日，9:00-11:00
合作伙伴：上海恒士達科技有限公司
地點：線上
費用：免費
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下圖是一個簡單的機翼模型（基于氣彈手冊中HA145E修改），其預載荷為右側弦向中央的一個Z向10N的載荷。
圖1 結構模型
圖2 SOL 106的計算模型
上圖為SOL 106計算模型的局部。此模型與常規分析沒有區別。用戶需要注意在提交計算時輸出“scr=no”以保留計算模型數據庫文件。
在無人機飛行過程中，根據實時監測的物理場特征（如氣流速度、壓力變化等），在氣流變化劇烈的區域（如高速飛行時的機翼前緣、旋翼旋轉區域等）快速加密網格，而在相對穩定的區域則保持較粗的網格，從而高效利用網格資源。與傳統結構化網格相比，它無需按固定維度進行加密，更加靈活；相較于非結構網格，在保持局部結構化優勢的同時，利用簡單直接的等分和合并規則實現網格重構，速度更快、效率更高。
該設備通過將結冰信號轉換為電學信號進行實時監測，涵蓋微波、電容、超聲波、紅外光學等多種檢測技術，可部署于飛機機翼、輸電線路、風力發電機葉片等場景。
在空客A380機翼前緣肋設計中，OptiStruct通過拓撲與尺寸優化結合，實現了44%的減重效果，單架飛機減重達500kg，直接讓每英里每座運行成本降低20%，且13根肋的設計方案僅用7周就完成交付。而SOGECLAIR Aerospace借助其拓撲優化與增材制造協同能力，讓航空發動機吊架零件數量減少97%，重量減輕20%，同時保持結構強度不變。
