陈林 陈畅
贵州航天风华精密设备有限公司 贵阳 550009
摘要：针对某飞行器，利用CFD（计算流体力学）数值模拟分析方法对该飞行器不同攻角、不同马赫数工况条件进行分析。结果表明：该飞行器飞行过程中随着攻角和马赫数的增大，阻力系数Cd、升力系数Cl、俯仰力矩系数Cm都在不同程度增大，且该飞行器在飞行过程中，最佳攻角应不大于10°，最佳马赫数应不大于1.4Ma，为该飞行器的后续结构优化设计、飞行试验奠定了良好基础。
关键词：飞行器；气动特性；流场；CFD
1 引言
近年来，国内外重点加强了设计制造方法学的的研究，提出通过CFD数值模拟计算，来评价和优化设计方案，目前高精度CFD数值模拟广泛应用于汽车工业、飞行器气动外形设计及机械内流场的数值模拟，在获得直观快捷结果的同时大幅减少了计算工作量。为此，本文通过CFD数值模拟方法对某飞行器飞行过程中气动特性与流场进行仿真分析，这样既可以提高设计精度、避免不必要的损失，又为该飞行器结构优化设计、飞行试验奠定了良好基础。
2 理论方程
飞行器在飞行过程中，忽略摩擦产生的影响，忽略发动机燃油的损耗，都看作是理想状态且飞行过程中都遵循质量守恒原理，则飞行过程中应满足：
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3 初始条件和边界条件
采用FLUENT进行飞行器飞行过程中的分析，对来流采用远场边界条件，湍流模型选择Spalart-Allmaras模型，飞行过程中空气设置为理想气体，通过改变来流的攻角和马赫数分析飞行器在飞行过程中的气动特性与流场变化情况。
4 飞行器外形示意图与网格模型
将飞行器转化为轴对称模型，飞行器外形示意图如图1所示。由于飞行器外形示意图简化为轴对称模型，在计算时可以采用1/2模型进行仿真分析，在远场流域中进行仿真分析，计算区域内的网格均划分为比较整齐的结构化网格，网格总数为11万，1/2飞行器计算网格模型如图2所示。
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5 数值模拟工况
本文主要分析了重载状态下飞行器飞行时的气动特性和流场分布情况。
马赫数：0.8Ma、1Ma、1.2Ma、1.4Ma
攻角：=4°、6°、8°、10°
6 数值模拟结果及分析
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图9 不同马赫数情况下，500ms时的马赫数云图
由上图分析可知飞行器飞行过程中随着马赫数的增大，阻力系数Cd、升力系数Cl、俯仰力矩系数Cm都在不同程度增大，当马赫数达到1.4Ma左右时，升力系数有明显的下落趋势，说明该飞行器飞行过程中最佳马赫数不能超过1.4Ma。飞行过程中压力、马赫数变化情况随着马赫数的增大越来越复杂，对飞行器飞行过程中考验也相对增强，在后续飞行器设计过程中应综合考虑飞行器速度与飞行器自身因素的影响。
7 结论3
某飞行器飞行过程中随着攻角和马赫数的增大，阻力系数Cd、升力系数Cl、俯仰力矩系数Cm都在不同程度增大，且该飞行器在飞行过程中，最佳攻角应不大于10°，最佳马赫数应不大于1.4Ma，为该飞行器的后续结构优化设计、飞行试验奠定了良好基础。
参考文献
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