基于Ansys—CFX的飞机机翼瞬态流场分析

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基于Ansys—CFX的飞机机翼瞬态流场分析

作者：孙巍 张博 郭鹏星

来源：《中国科技纵横》2014年第22期

【摘 要】 机翼是飞机飞行必不可少的组成部分，了解其在飞行过程中周围流场的状态对设计者在设计机翼结构时起到非常关键的作用。利用ANSYS-CFX软件建立飞机机翼有限元模型，通过建模和设置边界条件分别对机翼低音速，超音速和临界音速三个约束条件下机翼的状态进行分析，得到相应的数据及云图。分析结果得出在飞机飞行过程中，机翼周围的流速与压力大小成反比，并且机翼最前端所受的压力最大，同时由压力云图可以得出，飞机在接近音速条件下其周围所受的压力最大，在飞机突破音障之后，机翼周围的压力反而减小。同时由仿真结果得到一些重要数据，为高空飞行时机翼的设计和改进提供了数据依据。 【关键词】 机翼设计 绕流 音障

这些年来，世界各国越来越重视高空长时间飞行的飞机设计与优化。根据长时间飞行飞机的时间性能的要求，对飞机各部件的要求也越来越严格。机翼是飞机的重要组成部件之一。它的最主要的作用是飞行过程中提供起飞所需要的升力，同时使飞机具有操作性和横侧的稳定性[1]。因此，机翼结构力学稳定性对保证整个飞机在飞行过程中的安全起着非常重要的作用[2][3]。目前很多文献研究非对称翼，对非对称翼简单来说上表面比较凸，因此流过机翼上表面的流速较快；而机翼下表面比较平因此流过机翼下表面的气流较慢，与上表面正好相反。根据流体力学的基本原理，流动慢的大气压强较大，而流动快的大气压强较小，这样机翼下表面的压强就比上表面的压强高，大气施加与机翼下表面的压力（方向向上）比施加于机翼上表面的压力（方向向下）大，二者的压力差便形成了飞机的升力[4][5]。本文利用流体力学仿真软件ANSYS-CFX对一种经典的对称型固定翼模型NACA0012的机翼外部气体流动状态进行模拟仿真，通过CFX模拟计算并观察在三种不同范围的速度下，机翼周围的压力大小，气流分布及气体轨迹状态。 1 ANSYS CFX介绍

ANSYS-CFX流体力学软件是全球第一个通过ISO9001质量认证的于流体计算的大型商业CFD软件，可以用于亚音速、跨音速和超音速流体的数值模拟。其功能的实现主要由5部分组成[6]：

（1）几何建模：创建或导入几何域；控制方程在其中将被求解，同时获得在这个区域中的结果。

（2）网格划分：创建有限体积或是单元的过程；网格可以在另一个模块中创建或是从其他的网格划分器中导入。