大国重器（CFD，China First-rate Device ）

5月8日是我国最大的航空制造企业——中国航空工业集团有限公司旗下航空工业西安飞机工业（集团）有限责任公司（简称航空工业西飞）创建60周年的日子。

在这一天，中国航空工业集团有限公司发布了三维宣传片《大国起飞》，在片尾彩蛋出现一架飞翼式布局神秘机型全身被厚布覆盖，从外形来看与美国诺斯洛普·格鲁门公司即将公布的，美军新一代远程隐形轰炸机B-21外形极为相似。结合西飞正是我国轰炸机的研发制造单位，以及国产远程隐形轰炸机研发动态来看，这款神秘面纱下的飞机，很可能就是传闻已久的轰-20远程轰炸机。而它与B-21轰炸机相似的外形，或预示其舍弃了超音速性能，是一款强调隐身性和超远航程的高亚音速战略轰炸机。

《大国起飞》视频

CFD在飞机设计中的应用

CFD 概况

CFD方法是计算机辅助空气动力设计（CAAD）的核心，计算机性能的不断提高为CFD进行复杂流场的数值模拟提供了广阔的前景，CFD在飞机气动设计中的应用日益扩大。

早在20世纪80年代初，国外在飞机设计中已有30%~50%的气动力数据由计算机模拟提供，特别是在初步设计阶段，在某些飞机数值计算上已成为主要方法，风洞试验仅作为校核手段。

近年来，基于CFD方法的实用程序已经取得了飞速的发展，它们能分别求解无粘流线性方程，跨音速小扰动速势方程，全速势方程，Euler方程，雷诺评价N-S方程和粘性附面层方程等。根据绕流物体形状的复杂程度不同和分析设计的目的不同，国外已有许多种成熟的商用程序软件，这些软件都具有很强的功能，已经成为飞机设计中不可缺少的工具。

CFD方法的实际应用，大大减少了风洞试验的负担，缩短了设计周期，节省了成本，确保了飞机性能。

飞机空气动力设计涉及的一些重点内容

飞机空气动力设计研制工作主要涉及：

• 机翼翼型设计

• 气动噪音与模拟风洞实验

在机翼设计中，超临界翼型是改善飞机空气动力性能的基本途径之一。与常规翼型比较，超临界翼型通过控制翼型外形， 在设计点使翼型上表面出现较长范围的超音速区，并利用等熵压缩使超音速区以弱激波的形式结束。相对于常规翼型，超临界翼型显著提高了翼型的跨音速气动特性，给机翼设计中在速度、厚度、升力系数等之间提供了更大的选择空间，为机翼设计提供一种新的设计思想。

CFD在飞机外流模拟中的功能主要体现在

气动分析是飞机设计CFD分析中最重要的分析工作，是教字化风洞的核心技术。飞机在空气中高速运动，飞行效率的确定由气动分析给出。此类分析雷要解决稳态和非稳定状态下（扰动气流、低空阵风、机动飞行等）的气动响应， 升/阻比气动分析中关心的要点。CFD在飞机外流模拟中的功能主要体现在：

• 可以在一定范围内较准确地预测气动力参数，代替部分风洞实验； 

• 可以与很多优化算法相结合，对气动外形进优化设计。

飞机设计中其他CFD分析需求

• 飞机——发动机匹配特性计算（逬气道设计）

• 导弹发射、副油箱抛撒等对飞机的影响

• 气动结构载荷和气动温度载荷计算

• 发动机效率（气动效率和燃烧效率）

• 舱内空气循环

• 气弹颤振分析

CFD在面向工程应用方面目前仍然存在一些急需解决的问题

• 复杂外形飞机的网格生成间题。现在得到CFD学界公认的一个事实是：一复杂外形飞 机流场的数值模拟工作，网格生成雷要的时间占整个工作的70%；

• 高精度高分辨率的数值格式。现代飞机的外形极其复杂，流场中一般会存在激波、旋涡与分离、 激波与附面层干扰等负责流动现象，要想准确预测飞机的气动力参数，数值格式必须有准确捕捉这些复 杂流动现象的能力；

• 湍流数值模拟；

• 计算效率问题。

ANSYS对航空工业解决方案

本篇文章来源于微信公众号: 南流坊