[發明專利]飛機及發動機的內外流場一體化數值模擬方法

在審

• 申請號: 201810230007.0
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108536922A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 李秋實;潘天宇;崔容;鹿哈男
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京鼎承知識產權代理有限公司 11551
• 代理人: 韓德凱;孟奎

1.一種飛機及發動機的內外流場一體化數值模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1對飛機模型進行網格劃分，并單獨劃分發動機部分為特定流體區域；

S2在所述特定流體區域內，構建沿流線體積力模型代替發動機的壓氣機部分；

S3提取所述壓氣機的體積力，獲得所述體積力的表達式和所述體積力的系數，根據所述體積力的系數獲取體積力源項，根據所述體積力源項求解所述特定流體區域的體積力源項場，即發動機內部流場；

S4對飛機模型進行風洞試驗，獲取飛機模型的遠場邊界條件；以及

S5構建飛機模型的三維計算流體動力學模型，參照所述遠場邊界條件設置所述三維計算流體動力學模型的外流場數值模擬的計算條件，并根據氣流流量計算所述沿流線體積力模型的系數，實現內流場和外流場的一體化數值模擬。

2.根據權利要求1所述的數值模擬方法，其特征在于，步驟S2中，所述沿流線體積力模型的構建方法包括如下步驟：

S21設定壓氣機對氣流的作用力平行于氣體的流動方向，壓氣機對氣流的作用力為沿軸向的體積力，同時設定壓氣機區域由多個流管疊加而成，每個流管沿軸向被切分成多個相同的流管單元，每個流管單元串聯后的整體壓比和絕熱效率與壓氣機一致，即壓氣機被分解成了多個包含體積力的流管，壓氣機用分布式的一維沿流線體積力源項場，即沿流線體積力模型替代；

S22根據壓氣機的總壓比和絕熱效率，推導出每個所述流管單元的總壓比和絕熱效率；以及

S23設定每個所述流管單元受到兩個體積力，列出每個所述流管單元的動量方程和能量方程，設定每個所述流管單元與外界無熱量交換，滿足定常和無粘的條件，將所述動量方程和所述能量方程中的未知項用體積力系數表達，根據所述體積力系數獲得體積力源項，并進一步求解所述動量方程和所述能量方程，獲取所述沿流線體積力模型。

3.根據權利要求2所述的數值模擬方法，其特征在于，步驟S23中，設定每個所述流管單元均受到兩個體積力，所述兩個體積力分別為：平行于流線切線并與氣體流動方向相同的體積力使得氣體的壓力升高；以及平行于流線切線但與流動方向相反的體積力阻礙氣體流動；每個所述流管單元受到的合力仍沿著流線方向，且滿足下式1的關系：

4.根據權利要求1所述的數值模擬方法，其特征在于，所述方法進一步包括以下步驟：

S6通過所述沿流線體積力模型模擬計算所述壓氣機的總壓升，將所得數值模擬結果與實驗獲得的所述壓氣機的總壓升進行比較，驗證所述數值模擬方法在內流場的可靠性；以及

S7將所述沿流線體積力模型放入飛機模型中，模擬計算飛機的升力系數和阻力系數隨攻角的變化曲線，將獲得的數值模擬結果與飛機模型的風洞試驗結果進行比較，驗證所述數值模擬方法在內、外流場的可靠性。

5.根據權利要求4所述的數值模擬方法，其特征在于，步驟S6中，通過數值模擬所得壓氣機的總壓升與通過實驗所得壓氣機的總壓升在兩種條件下進行比較驗證，兩種條件分別為：均勻進氣條件和畸變進氣條件。

6.根據權利要求4所述的數值模擬方法，其特征在于，所述飛機模型的推進系統以抽吸耙代替，所述抽吸耙附著于所述飛機模型的機身背部，所述抽吸耙模擬推進系統的邊界層吸入效應。

7.根據權利要求1或2所述的數值模擬方法，其特征在于，所述遠場邊界條件為：巡航馬赫數0.85Ma，高度0m，壓力101.325Pa，溫度288.15K，密度1.2249kg/m3，流量0.223kg/s。

8.根據權利要求1或4所述的數值模擬方法，其特征在于，所述風洞試驗采用腹部支撐式支架布局代替常規尾撐式支架布局。