南京航空航天大学飞机设计研究所.ppt

南京航空航天大学飞机设计研究所 沈海军 天线罩气动载荷分布的确定 第一部分 研究背景第二部分 天线罩气动载荷理论分析方法第三部分 气动载荷理论分析实例第四部分 气动特性 载荷 风洞试验 主要内容 研究背景 机载雷达的分类 机载火控雷达 空中侦察和地形测绘雷达 气象雷达 多普勒导航雷达 地形跟随和地形回避雷达以及预警雷达等 研究背景 续 机载雷达罩的作用与设计要求 首先是保持载机良好的气动外形 其二是保护机载雷达天线 以免天线受到气动环境的不良影响 使雷达天线能在恶劣环境下正常工作 在暴风雨 冰雹 闪电 飞鸟及雪等条件下保护雷达 第三 在电气性能上 要求雷达天线罩对雷达工作频率透明 研究背景 续 天线罩气动载荷分析的目的首先是保证飞机良好的气动外形 其二 为天线罩强度 刚度设计提供载荷依据 研究背景 续 雷达罩气动驻点处内层材料的 局部失稳 破坏 研究背景 续 雷达罩上表层材料与蜂窝材料脱胶 脱胶部位 CFD最常用的是有限体积 FV 法 FV与有限元法类似 首先是把空间区域离散化成小胞腔 以形成一个立体网格或者格点 然后应用合适的算法来解运动方程 对于不粘滞流体是欧拉方程 对于粘滞的是Navier Stokesequations 最后得到空间内部各点的压力 流体速度等 天线罩气动载荷理论CFD分析方法 计算流体力学 CFD 简介 天线罩气动载荷理论CFD分析方法 续 CFD软件概况 CFD软件是专门用来进行流场分析 流场计算 流场预测的软件 通过CFD软件 可以分析并且显示发生在流场中的现象 在比较短的时间内 能预测性能 并通过改变各种参数 达到最佳设计效果 CFD的数值模拟 能使我们更加深刻地理解问题产生的机理 为实验提供指导 节省实验所需的人力 物力和时间 并对实验结果的整理和规律的得出起到很好的指导作用 CFD软件概况 续 目前的CFD软件通常有三种功能 分别着重用于 前端处理 建模 生成网格等 计算和结果数据生成 完成计算 并生成结果数据 后处理 查看结果数据 天线罩气动载荷理论CFD分析方法 续 CFD软件概况 续 前端处理软件 Gambit Tgrid GridGen ICEM CFD CFD计算软件 Fluent PHOENICS POLYFLOW CFX等 后处理软件 Ensight FieldView AVS Tecplot 天线罩气动载荷理论CFD分析方法 续 前处理软件gambit GAMBIT是Fluent公司开发的CFD前处理软件 可建立并网格化CFD模型 GAMBIT通过它的用户界面 GUI 来接受用户的输入 既能简单而又直接的建立模型 网格化模型 还能指定模型区域网格划分的大小等 天线罩气动载荷理论CFD分析方法 续 Gambit的使用主要包括建模 网格的划分 边界的定义 保存和输出 建立线 面 体 划分网格 定义边界 如对称面 固定墙 流体入口出口等 视图控制 文件输入 输出 视图窗体 操作信息栏 天线罩气动载荷理论CFD分析方法 续 Fluent简介 Fluent是目前国际上流行的商用CFD软件 市场占有率为60 凡是和流体 热传递和化学反应等有关的工业均可使用 它具有丰富的物理模型 先进的数值方法和强大的前后处理功能 在航空航天 汽车设计 石油天然气和涡轮机设计等方面都有着广泛的应用 天线罩气动载荷理论CFD分析方法 续 Fluent简介 软件的特点 采用基于非结构化网格的有限体积法 定常 非定常流动模拟模拟功能 支持动 变网格技术 包含丰富的物理模型 能够精确模拟无粘流 层流 湍流等 热传导 辐射 化学组份的混合 反应 自由表面流模型 多相流模型 颗粒相模型 空穴两相流模型 湿蒸汽模型 融化溶化 凝固 蒸发 冷凝相变模型 天线罩气动载荷理论CFD分析方法 续 Fluent简介 软件的特点 模拟泵 风扇 散热器 流体噪声的声学模型 磁流体模块模拟电磁场和导电流体之间的相互作用问题 高效率的并行计算功能 友好的用户界面 并为用户提供了二次开发接口 UDF 后处理功能 可直观观察计算结果 天线罩气动载荷理论CFD分析方法 续 Fluent软件界面 文件操作 网格操作 网格信息 平移 拷贝等 物理模型定义 粘性 可压缩性等 求解算法定义 设置变网格等 面操作 面信息 平移 拷贝等 显示网格 结果等 计算中升力 阻力变化 天线罩气动载荷理论CFD分析方法 续 FLUENT求解问题的步骤1 确定几何形状生成计算网格 如用GAMBIT生成的网格 2 输入并检查网格 3 选择求解器 2D或3D 4 选择求解的方程 层流或是湍流 化学组分 传热模型等 确定需要的模型5 确定流体的物性 如流体的密度 粘性等 天线罩气动载荷理论CFD分析方法 续 FLUENT求解问题的步骤6 确定边界的类型及其边界条件7 条件计算的控制参数8 流场的初始化9 求解计算10 判断收敛11 保存结果并进行后处理 天线罩气动载荷理论CFD分析方法 续 CFD分析实例一 压力分布 流场 速度场 气动载荷理论CFD分析实例 气动载荷理论CFD分析实例 续 气动载荷理论CFD分析实例 续 CFD分析实例二 直升机毫米波雷达天线罩 飞机向前飞行时 前倾角为20o左右 飞行速度为103m s 气动载荷理论CFD分析实例 续 有限体积法模型 流场区域为一个长 高 深为8 8 4m的长方体区域 有限体积法采用四面体单元 整个流场的单元数共487 568个 总节点数为73 422 该模型的几何建模及网格生成由FLUENT软件的前处理模块GAMBIT完成 速度入口对称面压力出口固定墙 气动载荷理论CFD分析实例 续 飞机最大速度飞行时 天线罩外表面的压力分布 气动载荷理论CFD分析实例 续 流场的压力分布 气动特性 载荷 风洞试验 和CFD比较 尽管风洞试验代价昂贵 但往往能够获得更为接近实际情况的飞机 天线罩 表面气动特性 对于飞机来说 这种气动特性主要包括 升力 阻力及仰俯力拒特性 表面气流流场 表面压力分布等 对试验模型的要求 几何相似 动力相似 即模型实验的雷诺数要与飞机飞行的雷诺数相等 雷诺数相对运动原理 飞机模型不动 空气流动 低速风洞与模型实验要求 气动特性 载荷 风洞试验 续 闭合式巡回风洞 气动特性 载荷 风洞试验 续 开放式巡回风洞 气动特性 载荷 风洞试验 续 气动特性 载荷 风洞试验 续 中国民航飞行学院闭合式巡回风洞轮廓图 飞机气动特性风洞试验实例 飞机模型在风洞的安装照片 MT8901杆式六分量应变天平 飞机气动特性风洞试验实例 续 升力 阻力及仰俯力矩特性测试 飞机不同构型测量的升力曲线和阻力系数曲线 飞机气动特性风洞试验实例 续 升力 阻力特性测试结果 飞机不同的构型测量的俯仰力矩系数曲线 飞机气动特性风洞试验实例 续 俯仰力矩系数测试结果 三角翼在迎角 下的流场照片 丝线法 飞机气动特性风洞试验实例 续 流场 丝线法 测试结果 低速风洞中测量压力分布的模型一般都是木质的 可