氣動性的案例
飛機氣動效應數據NEV測算
概述
由于飛機部件裝配、老化等原因，某些部件、舵面、氣動結構之間的間隙和平齊度會發生變化，通常需要參考AMM或SRM檢查部件結構性、功能性和氣動性structurally, functionally and aerodynamically acceptable to engineering.，其中氣動性主要指間隙和平齊度，并通過測算驗證氣動效應值NEV是否在限制范圍NEL內，或在可接受范圍內（acceptable as is without any additional adjustments）。
展開 航空發動機渦輪葉片鑄造工藝，這才是頂級的機械制造！
葉身：其功能主要是實現葉片的氣動特性。葉身不同高度的截面形狀通過氣動設計來選取，周向上相鄰葉片的葉身之間構成氣流通道，供高溫、高壓燃氣流過并膨脹做功；同時，葉身型面還兼具調整氣流方向的功能，保證氣流進入排氣系統時軸向速度均勻。
緣板：其功能主要是形成獨立的氣流通道，保證高溫燃氣不會流入氣流通道以外的渦輪 盤、密封、支承等其他耐溫性較差的部件。緣板介于葉身與葉根之間，一般采取方形結構，上下分別通過過渡段和葉身、葉根連接，同一級轉子的葉片緣板組成一個封閉的環形結構。
葉根：其功能主要是連接葉片和輪 盤，以便將功率傳輸到與輪 盤相連的轉子軸上。葉根靠上、和緣板連接的部分稱為伸根。葉根下端，連接渦輪 盤的部分一般采用樅樹形榫頭，其優點有：榫頭的周向尺寸較小，可在輪緣上安裝較多的葉片，輸出功率大；多個齒面傳力，承載能力強，安全裕度大；接觸面積較大，有利于散熱和摩擦減振；間隙配合，受熱后能夠自由膨脹，可以減小熱應力；拆裝方便等。
葉冠：為了提高渦輪效率，常在葉片的上端采用一個類似緣板的葉冠結構。其作用是：減小葉尖由葉盆向葉背的漏氣，降低二次損失，提高渦輪效率；相鄰葉片的葉冠之間的摩擦可以吸收震動能量，起到減振作用；同一級轉子葉片的葉冠相互抵緊，可增強葉片的剛性，提高其抗振強度；帶冠葉片可以采用對氣動性更為有利的薄葉型。目前，常用的葉冠形狀主要為平行四邊形和鋸齒形葉冠。
02 渦輪葉片加工制造
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葉片是一類典型的自由曲面零件，加工這類零件時都有一個特點：薄，加工時易變形，并且材質通常為不銹鋼、蒙乃爾合金、INCONEL、鈦和鎳為基礎的難加工合金材料，更增添了加工的困難度，同時對加工工藝與加工用的刀具提出了更高的要求。
展開 流體力學在汽車車身設計中的應用
在專用軟件的支持下，汽車的氣動分析可以直觀化。軟件通過對車身流體的計算，可以精確地顯示出車身外部的氣流分布，汽車表面的壓力可以數據化。
三、借助流體力學分析汽車的氣動升力
汽車行駛中的氣動升力和飛機近似。由于汽車在行駛中和地面直接接觸，地面效應會直接影響到氣動升力。氣動升力可以分為壓差升力與粘性升力兩種不同的類型。壓差升力是氣動升力中的主要組成部分，與汽車車身的表面曲率變化有關，上下表面由于壓力差因此產生升力。此外，汽車在行駛時，底部與地面會產生氣流通道，汽車的底部因此產生負升力。
汽車的氣動升力和車速有著直接的關系，并且會影響到汽車的穩定性和經濟性。由于存在氣動升力，汽車輪胎對于地面的摩擦力降低，汽車的動力和制動因此受到了影響；輪胎的側向摩擦力會降低，操縱的穩定性因此受到了影響。
汽車在高速行駛的狀態下，氣動力會直接影響到汽車的性能。由于行駛速度的增加，汽車受到的阻力會隨氣動升力的影響發生變化，特別是汽車在高速狀態下，氣動升力的影響更為直接，會直接影響到行車安全。
在汽車設計中，流體力學中的受力分析主要針對于空氣。車身的氣流變化會依據流體質量守恒。流體力學的計算基礎，是通過控制方程完成車身四周的流場變化分析。對于氣動阻力和氣動升力理論分析借助伯努利流體方程，理論分析中要結合實際分析雷諾數的影響和流態的直接作用，對于氣流的實際計算也要依據通過氣動力學建立的流體模型。
四、借助流體力學分析汽車的氣動側力
汽車在高速行駛時，會存在氣動側力的影響。理想條件下，氣流和汽車的縱向平行時，氣動側向力不會產生。
展開 創紀錄！84米！上海電氣自主研制全球最長玻纖葉片順利通過全尺寸靜載測試！
為進一步確保葉片設計的安全性，在申請國內認證機構型式認證的同時，上海電氣還申請了DNV?GL設計認證，目前GL已出具了葉片滿足設計標準的證明。
S84葉片是上海電氣風電集團自主研發的玻纖葉片，將裝配到上海電氣風電集團最新發布的新機型DD6250-172風力發電機組上。它是針對于我國海上低風速風資源定制的大型葉片，適合于長江以北及浙北和廣西等海域。眾所周知，作為低風速葉片，葉片長度的增加，導致葉片的剛度和重量成為設計的瓶頸。而S84盡管采用全玻纖設計，但其重量卻能控制在29噸左右，由此可以看出該葉型設計難度之大，機組匹配要求之高。上海電氣風電集團葉片設計團隊經過系統分析、反復論證和大膽創新，在葉片設計過程中突破了一系列設計技術難題，成功地完成了低成本、高可靠的S84葉片的設計。通過與國內領先的葉片供應商中復連眾協同創新，發展了工藝設計、精益生產等大型風電葉片生產制造技術，高效、可靠地完成了S84葉片樣片的試制。
作為大型海上葉片，除要求出色的發電性能外，還要求卓越的可靠性。S84葉片擁有出色的可靠性，這點體現在葉片開發的各個環節中。
主要體現在五個方面。一是翼型可靠性。S84葉片采用SE01鈍尾緣翼型族，其特點是大厚度、鈍尾緣設計，最大相對厚度達57%。氣動性能優良，較一般翼型族，具有更高的失速角，設計攻角范圍更大，更能適應海上大葉片市場需求。該翼型族中每個標準翼型都經過了精細的CFD仿真、風洞試驗驗證和批量葉片的掛機運行考驗，并且該翼型族已經在大批量風場運行的過程中得到了充分的驗證，充分展現了高氣動效率、高氣動穩定性等特點，并得到了廣大業主的一致好評。二是氣動附件可靠性。上海電氣風電集團對每一款氣動附件的開發都采取非常審慎的態度。在每一款的VG產品設計過程中，都經歷了大量CFD仿真、風洞測試和風場掛機3個階段測試。
展開 
流體仿真在開放式無人機3D打印領域的應用
德迪創造性地將無人機作為打印噴頭的載體，配備持續性的供料系統，適用于大型建筑、太空設備、海底建筑等場景。
開放式3D打印可以將民用無人機與3D打印技術進行完美融合，采用全新設計的3D打印專用無人機作為噴頭載體，完美解決常規3D打印設備尺寸的限制。開放式 3D打印理論上不受打印地點、高度、成型尺寸等限制，具有高度的尺寸自由和設計自由性能。
開放式3D打印技術帶來了打印尺寸和空間維度上的自由度，也具有相當高的設計難度和實現難度，其中不但涉及3D打印技術的難點，也涉及了一般飛行器涉及的全部技術難點，例如氣動性性能、結構力學性能、穩定性性能等等。其中，氣動性能在設計過程中主要依靠仿真流體力學來實現，本期增材專欄通過安世亞太《流體仿真在開放式無人機3D打印領域的應用》針對某一型號的3D打印無人機機型的流體仿真部分進行簡要的說明。
雖然我們還并不清楚無人機3D打印的商業前景與潛力，但是通過開放式3D打印中流體仿真的學問，我們可以感受到仿真是如何來增強設計能力的。
圖片：德迪智能無人機3D打印
在一般的開放式打印中，流體仿真能夠解決的問題很多，主要與打印工作時使用的原料及工作環境相關。
展開 [足球] 馬格努斯效應和C羅任意球仿真模擬
下圖展示了表皮形狀，表面紋理和接縫深度的差異，足球的氣動穩定性和運動性能也會不同。
（ John Eric Goff, Sungchan Hong, andTakeshi Asai, Aerodynamicand surface comparisons between Telstar 18 and Brazuca, Proceedings of the Institution ofMechanical Engineers, Part P: Journal of Sports Engineering and Technology）
02 C羅任意球的仿真模擬
重0.436kg的足球擺放于門框前22米，在0.82秒射入球門，旋轉速度約為5轉/秒。C羅起腳時，球速為26.8米/秒。
將球和周圍空氣域劃分成3000萬個六面體單元，以每次迭代0.0005秒（球剛好旋轉1度）求解Navier-Stokes方程，確保準確捕獲時間和空間的流量波動，求解一次模型需24小時（96核）。
初始接縫取向、表面紋理，以及飛行中球的精確旋轉速度對側向力起主要影響作用，由于缺乏這些信息，作了一些假設，在球上均勻地施加5微米的表面粗糙度。
由下圖求解出的提升力、阻力和側力，可計算球與直線路徑的偏差。
在足球運動中，可以看到球后面的速度和渦度。凈側力是尾流中的渦流對和渦流大小的綜合結果，雖然尾流偏向一側引起側向力，但是旋轉球的尾流波動很小，從而產生更平滑的曲線。
03
雖然葡萄牙在淘汰賽中被淘汰，但C羅的這記任意球將作為其高光時刻之一。足球制造商阿迪達斯也應該受到贊揚，因為它不斷推進球的設計并提供具有“穩定”空氣動力學的球。本文這些模擬試圖進一步解釋足球背后的物理學。
展開 無人機氣動彈性與控制綜述
MJ Patil等[13-14]提出使用完整飛機模型的氣動彈性特性以及整體飛行動態特性的分析中獲得結果，由于機翼的靈活性，飛機整體的飛行動態特性也會發生變化，并用嚴格的非線性氣動彈性分析來解釋這種行為。進一步將CFD技術應用于氣動彈性非線性分析，對無人機表面進行網格劃分，如圖4所示，發現當靠近表面的計算空氣動力學網格聚集時，為提高翼尖和前緣附近的精確度需要額外的增加網格密度。
圖4 無人機CFD仿真分析
高空長航時無人機由于機翼扭轉的發生，會出現非線性氣動力，CC Xie等[15]針對這個問題進行了研究，用平面雙點陣方法計算頻域內的非定常氣動力，忽略偏轉翼的彎曲效應。然后，在給定的載荷條件下，對系統進行氣彈性穩定性分析。與線性結果相比，翼尖的非線性位移更高。結果表明，由于弦向彎曲具有較大的扭轉分量，臨界速度較低，阻尼緩慢增長，因此臨界非線性顫振為弦向彎曲類型，這在線性分析中并未出現。同樣針對高空長航時無人機，密歇根大學C Cesnik[16]團隊也進行了深入研究，并搭建了收集幾何非線性氣動彈性響應的數據實驗平臺，為飛機提供可在飛行中測量的特定氣動彈性特征，例如，耦合的剛性、彈性體不穩定性，陣風期間的大的機翼偏轉等。
1.4 無人機氣動彈性控制研究進展
氣動彈性主動控制是近幾十年發展過來的，主要為解決機翼的氣動不穩定和疲勞問題的關鍵技術，現有的解決方法主要分為主動控制和被動控制，主動控制技術是近年來研究的熱點。20世紀90年代國內學者鄒叢青等[17]開始了飛行器顫振主動控制問題方面控制率的研究，把最優控制理論和顫振分析的狀態空間法相結合，并將控制結果結合風洞試驗驗證，確定了控制率的正確性。
展開 飛機設計師是如何解決復雜的顫振難題的？
顫振試飛必須進行直至限制速度的各種速度，以驗證在整個規定的飛行限制速度包線范圍內，所有的飛機臨界構形都無任何顫振現象，以及在通過外推飛行試驗數據得到的1.15倍限制速度之內，沒有任何氣動彈性不穩定性出現。因而，飛機顫振飛行試驗成為驗證新機和型號改型的顫振安全性必不可少、最有說服力的關鍵環節。
文中部分數據，圖片來源網絡，不做商業使用。
數巧科技受邀參加同濟翼馳車隊TR21新車發布會
團隊人員介紹道，在零件設計的最開始，通過數巧科技Simulator的在線仿真功能，迅速驗證零件結構的可行性。由于在線仿真是依靠云端的計算性能進行模擬仿真，擺脫了對高性能電腦的依賴，普通筆記本可以隨時隨地地進行仿真流程，在團隊協同的過程中能夠極大地增加零件設計效率，在零件的靜力學校驗中起到較好的輔助效果。在線上平臺進行了一定程度的迭代優化后，團隊再進行完整的校驗，最終得到滿足要求的零件設計。相較于以往賽季的零件設計與靜力學校驗流程，團隊的效率得到很大的提升，在輕量化道路上有了更多的探索。
空氣動力學一直是團隊的至高追求并主導賽車設計，在系統化設計流程和多工況仿真指導下，全新的空氣動力學套件能夠在20m/s速度下達到1075N的下壓力，整車外流場及氣動敏感性進一步改善，顯著提升賽車的彎道速度。
展開 使用 SOLIDWORKS 設計了一個功能齊全的無人機模型
我使用 SOLIDWORKS 設計了一個功能齊全的無人機模型，注重美觀性和氣動效率。該項目涉及創建詳細的 3D 組件，包括機架、螺旋槳、發動機支架和起落架。我使用參數化建模技術來確保尺寸精確，并方便日后修改。最終裝配體展現了逼真的運動，并包含正確的零件配合，以實現精確的模擬。該設計針對輕量化結構和平衡進行了優化，適用于業余和專業無人機應用。
B-1B轟炸機設計的計算設備硬件配置選型
以下是一些常見的軟件和其主要應用領域：
表1
No
課題
主要內容
相關軟件工具
1
氣動性能研究
研究轟炸機在不同速度、高度和飛行狀態下的氣動特性，如升力、阻力、氣動穩定性等
計算流體力學（CFD）分析
ANSYS Fluent
OpenFOAM
2
結構設計與強度分析
設計和優化轟炸機的機身、機翼、尾翼等結構部件，并進行強度、剛度等力學性能分析
有限元分析
CATIA
ABAQUS
Nastran
3
隱身性能研究
研究轟炸機的雷達散射特性，評估其隱身性能
雷達散射計算和天線設計
GRASP
CST Studio Suite
4
導航與自動控制研究
研究轟炸機的導航系統、自動控制系統以及飛行控制算法，確保其精確的飛行和導航能力
建模和仿真
MATLAB/Simulink
5
燃油系統和發動機研究
設計和優化轟炸機的燃油系統，以及與發動機相關的性能分析
燃油系統設計和發動機性能仿真
CATIA、MATLAB
以上僅是B-1B轟炸機設計中的一些重要研究方面，實際設計過程中還會涉及更多細節和專業領域的研究。不同的研究機構和公司可能會根據具體需求和目標進行更詳細的研究和分析。
B1B轟炸機的長程戰略打擊方面研究
B-1B轟炸機作為一種長程戰略打擊飛機，其研究涉及多個方面，包括但不限于以下內容：
1) 飛行性能和氣動設計：研究飛機的飛行特性、氣動設計和空氣動力學性能，以確保飛機在各種飛行條件下的穩定性、機動性和燃油效率。
2) 結構設計和強度分析：研究飛機的結構設計，包括機身、機翼、機尾等部件的強度、剛度和耐久性，以確保飛機在飛行中的結構完整性和安全性。
展開 
[案例分析]STARCCM+入門系列之——直升機轉子與機身的相互作用
1 問題描述
直升機的旋轉主轉子葉片產生復雜流場，對機身產生周期性氣動負載。這些氣動負載會使客艙受到噪聲和振動的影響。這些氣動交互作用影響直升機的性能，并可能導致結構損壞。STAR-CCM+ 提供模擬轉子葉片生成氣流的方法，并且不需要單獨對葉片進行網格化。利用此方法，可以預測直升機周圍的復雜流場，并將機身與轉子流場的交互作用考慮在內。
本案例使用 STAR-CCM+ 的虛擬風洞模擬普通直升機機身的飛行。機身使用 ROBIN（轉子機身交互作用）配置。下列表總結了此案例使用的工作條件：
? 旋轉速率： Ω = 2000 rpm
? 進程比： μ = 0.151
? 轉子推力系數： CT/σ= T/ρ∞Aν2Tipσ=0.0403
? 轉子軸角（俯仰角）： αS= ? 3°
? 總俯仰角：θ = 7.7°
? 橫向循環俯仰角： A1= ? 1.8°
? 縱向循環俯仰角： B1= 2.3°
其中σ = 0.098 是轉子實度，ρ∞ = 1.176kg/m3是自由流密度，T 是轉子推力， A =πR2 是轉子盤面積，R = 0.860552m 與 νTip = Ωπ/30 ?R 是旋轉產生的葉端速度。要為直升機飛行建模，應將 ROBIN 體置于虛擬風洞內。此案例應用虛擬盤模型的葉片單元法來模擬轉子對直升機機身的作用效果。葉片單元法的優勢是，不需要使用精細網格詳細求解轉子葉片幾何。
2 STAR-CCM+設置
（1）場函數定義工作條件；多個變量定義應用于虛擬風洞內直升機的工作條件。將這些變量定義為場函數，便于為進一步分析更改工作條件。
在此案例中，工作條件通過以下參數定義：
? 進程比
進程比確定直升機的前進速度。此參數用于計算流入邊界的入口速度。
展開 強強聯手！天洑軟件資助西工大航模隊
在航模的研發過程中，天洑將提供核心自主軟件，幫助同學們解決從設計到優化的全流程難題：
智能熱流體仿真軟件AICFD：可進行飛行器氣動仿真，精確計算升力、阻力及表面壓力分布，通過數字化手段驗證氣動布局的合理性。
智能結構仿真軟件AIFEM：可進行飛行器的結構強度仿真，在保證強度的前提下，實現極致的輕量化設計，讓飛行器飛得更高、更遠。
智能優化設計軟件AIPOD：運用多目標優化算法進行氣動與結構自動優化，彌補學生工程經驗不足的短板。只需設定目標，AIPOD即可自動尋優，探索出最優設計方案。
天洑軟件不僅在性能上追趕國際一流水準，更在用戶體驗上深耕。全中文界面符合國人操作習慣，內置AI智能助手，可快速獲取解決方案。天洑強大的技術團隊也將作為航模隊的堅強后盾，協助解決復雜的工程挑戰。
高校是工程師成長的搖籃，也是工業軟件發展的前沿陣地。天洑軟件深信：國產工業軟件的未來，根植于青年一代的創新與實踐。為此，天洑將持續深化在教育領域的投入，積極攜手廣大優秀學子，共同投身于國產工業軟件的開發、應用與優化進程之中。
展開 CAE技術在高速動車組研發中的應用
隨著CAE技術在高速列車車體研發中的應用，高速列車車體的研發中碰到的技術難點都一一得到了解決，下面具體介紹CAE技術在高速軌道車輛車體的研發中的應用：
CAE技術在高速軌道車輛車體的研發中的應用，根據研究對象的不同，可分為兩部分：車體結構分析和流固耦合分析，車體分析包括對車體的強度、氣密強度、剛度與模態以及車體模態與轉向架固有模態的關系，車體局部模態與車內振動及車體局部模態與車內噪音的關系進行仿真分析等一系列技術項目，主要解決車體輕量化與車體剛度、強度提高之間的矛盾；流固耦合分析包括對列車表面壓力分布、氣動阻力、氣動升力、交會壓力波、側向力及隧道效應和列車運行的側風平穩性、氣動噪聲等諸多方面等數值仿真項目，為提高高速列車車體的空氣動力學性能提出解決方案，同時還為車體結構分析提供外部流場載荷，用于結構分析。根據公司前期軌道車輛車體設計和仿真分析的經驗，我公司建立了適合高速軌道車輛車體仿真分析的CAE技術平臺，制定了科學的仿真分析流程，可以同時進行車體分析和流固耦合分析。
以高速列車車體研發流程為例來介紹CAE技術在高速列車車體設計中的實際應用，首先對高速列車車體的設計方案進行流固耦合分析，應用流體動力學軟件對列車表面壓力分布、氣動阻力、氣動升力、交會壓力波、側向力及隧道效應和列車運行的側風平穩性、氣動噪聲等諸多方面進行仿真分析，根據仿真結果對車體結構和車體斷面尺寸進行優化設計，例如：車體初次設計時在車頂受電弓安裝座處沒有設計導流罩，仿真計算結果表明該處氣動阻力過大，同時產生嚴重的氣動噪聲；根據仿真分析的結果，改進了受電弓安裝座，并增加了導流罩；在對受電弓安裝座以及導流罩的多個設計方案分別進行了仿真分析后，得到了最優的設計方案；從最初的仿真分析到得到最優的設計方案，由于CAE技術的幫助，只需要兩周時間，極大的縮短了設計周期。
展開 Ansys光伏解決方案
? Fluid-thermal-structural coupling（FSI）
? 氣動穩定性分析——通過旋轉太陽能電池板的空氣動力學.
