氣彈仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
氣彈仿真的實例教程
隨著計算流體力學的發展以及計算性能的提升，對航空發動機整機仿真成為了可能，本教程對KJ66航空發動機進行整機仿真，整機仿真結合氣動、傳熱、燃燒、多相流、固體應力，將航空發動機從冷態計算至熱態，即仿真始于冷態，終于熱態。
KJ66航空發動機幾何模型如圖，對航空發動機氣熱彈耦合仿真，計算采用穩態，氣動的計算采用求解粘性N-S方程的方法，燃油的噴射計算采用拉格朗日多相流，燃燒的計算采用有限速率的渦耗散模型，流體與結構的相互作用(FSI)采用雙向耦合的方式。
流體結構相互作用 (FSI)是指一種耦合的表面問題，其中流體模型的狀態取決于結構模型的狀態，反之亦然。這種相互關系可以是對稱或非對稱的。非對稱問題通常指單向耦合問題，表示其中一個模型是獨立的，另一個模型則具有關聯性。
流體結構相互作用(FSI)耦合交界面處的對應流體和固體移動時運動學特性（位置、速度和加速度）相同，受到的力也相同。
從流體傳遞到固體的信息是流體拉力，它由流體壓力和壁面剪切應力組成的。此傳遞發生在耦合壁面邊界流體-結構交界面）上。
從固體傳遞到流體的信息是固體的變形，尤其是流體-結構交界面的變形。
一般情況下，FSI模擬在運動學和力方面保持一致，稱為雙向耦合，在STAR-CCM+中，雙向耦合FSI問題是指從流體到固體和從固體到流體的交換的綜合采用并行求解方法。
進行航空發動機整機氣熱彈耦合仿真的STAR-CCM+版本為STAR-CCM+ 2206.
將航空發動機整機從冷態模型計算至熱態模型后發動機伸長約1mm。
詳細計算結果如下：
速度
溫度
溫度
位移
固體應力
文章來源：STAR CCM仿真學堂
展開 以氣動/結構一體化設計為例，目前已實現10億網格的氣彈仿真工程化。
（4）風洞試驗無法覆蓋或代價極大的工況
風洞試驗由于風洞尺寸、設備、氣源等原因，很多工況地面試驗無法開展，如進氣道前堵網影響，大落壓比的噴流模擬。對飛行器表面突出物的優化設計，通過風洞試驗，其代價將難以接受。
5. CFD的意義建立在精準之上
CFD處于蓬勃發展的年代，日新月異的CFD工具更是讓我們變成選擇困難癥。作者本人一直的觀點，在精準的基礎上，更快更友好，就是我們的好朋友。
實際工作當中，CFD工程師每個人都可以很順利的完成仿真工作，但兩個人的結果往往差異很大。發生這種情況，如果是熟練工程師，絕大多數情況下，其實這兩人心中都知道誰的數值更準一些。這里想表達什么？CFD本質上是個良心活，需要極高的責任心！
CFD的議題很大，下面僅僅就本人實際工作中，運用CFD的一點兒體會，跟大家交流一下。
5.1. 結構網格還是非結構網格
網格是影響計算結果的最大因素，不同的網格，同一求解器的結果差異要大于同一網格，不同求解器的差異。不管結構網格，還是非結構網格，均需要有良好的節點（物面及空間）分布，這依賴于我們對求解區域流動的理解，這就是用同一軟件即使生成非結構網格，計算結果有時差異很大的原因。
圖31 典型的結構網格與非結構網格
好的結構網格，費時費力效果好，但非常依賴于經驗，在絕大部分應用場景下，逐漸被非結構網格取代。但結構網格在物面黏性精確度高的特性，使得氣動熱仿真仍然依賴結構網格。
圖32 各種網格方法適用性比較圖
5.2. 選用何種求解器
根據本人的經驗，各種開源程序及商用軟件，均有不同的最佳應用場景。
展開 對于以上的全流程仿真，Altair 提供了從設計到制造，結構流體到電磁，一維到三維，零部件到系統全面的多物理場求解器。</p><p><br></p><p>我們研究一款飛機第一步肯定是進行初步概念設計階段快速外形設計迭代仿真，也就是飛機氣動外形設計，比如eVTOL旋翼要怎么設計怎么布置，如果有固定機翼的話，固定機翼的形狀布置設計。</p><p><br></p><p>開展快速仿真設計迭代，涉及到很多方案，并且需要通過仿真來驗證方案，傳統的仿真可能需要數天計算一個工況，它在時間上可能不滿足快速設計迭代這一需求，那我們需要一款計算速度極快，硬件資源占用較低，功能強大的空氣動力學求解器，Flightstrem是航空航天應用等領域早期快速設計迭代及深入空氣動力學研究的重要工具。能捕捉亞音速到高超音速的流動問題，氣動聲學問題，可以和Nastran或OptiStruct耦合進行氣彈問題仿真。</p><p><br></p><p><strong>四旋翼無人機的運動控制</strong></p><p><br></p><p>關于飛行器軌跡和姿態的控制，這里展示了一個簡單的例子，用四旋翼無人機的運動控制來解釋仿真中控制系統實現的過程，這個例子就是給定無人機目標飛行曲線，使用Altair MotionSolve多體動力學模塊和Altair Activate系統控制模塊進行機電一體化仿真來實現這個過程。</p><p><br></p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/x0yLiaf5fF6zFQr1fOR9pthUTU9k2SgNfKqV4IU2o1yXNIYhFuwFLoc2cfz2n4LXw1URPW97YVhyEuaS6Esia6fg/640?
展開 
氣彈仿真的相關專題、標簽、搜索
氣彈仿真的最新內容
能捕捉亞音速到高超音速的流動問題，氣動聲學問題，可以和Nastran或OptiStruct耦合進行氣彈問題仿真。
以氣動/結構一體化設計為例，目前已實現10億網格的氣彈仿真工程化。
（4）風洞試驗無法覆蓋或代價極大的工況
風洞試驗由于風洞尺寸、設備、氣源等原因，很多工況地面試驗無法開展，如進氣道前堵網影響，大落壓比的噴流模擬。對飛行器表面突出物的優化設計，通過風洞試驗，其代價將難以接受。
5.
進行航空發動機整機氣熱彈耦合仿真的STAR-CCM+版本為STAR-CCM+ 2206.
將航空發動機整機從冷態模型計算至熱態模型后發動機伸長約1mm。
詳細計算結果如下：
速度
溫度
溫度
位移
固體應力
文章來源：STAR CCM仿真學堂
