基于隐式嵌套重叠网格技术的阻力预测

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaFeb252013V01．34No．2208-217ISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaaedu．cahkxb@buaa．edu．crl基于隐式嵌套重叠网格技术的阻力预测徐嘉，刘秋洪，蔡晋生*，屈览西北工业大学航空学院，陕西西安710072摘要：采用一种多层多块隐式嵌套重叠网格技术，对美国国家航空航天局通用化研究模型(NASA—cRM)翼身平尾(WBT)组合体进行了数值模拟与分析。多层多块隐式嵌套重叠网格技术是结合多层多块嵌套重叠

2、网格处理策略和隐式切割方法，在建立重叠网格之间的流场信息传递关系时，基于网格单元切割准则选择“最优”重叠单元而无需人工设定插值边界。对美国AIAA委员会召开的第4届阻力预测研讨会(DPW一4)提供的CRMWBT组合体生成4种不同密度的结构化多层多块嵌套重叠网格，并采用计算流体力学(CFD)方法进行数值计算和阻力预测，计算结果与CFL3D和OVERFLOW的结果进行了对比。数值模拟结果表明：计算得到的压力分布和极曲线与CFL3D和OVERFLOW的结果几乎相同，说明了隐式嵌套重叠网格技术的有效性，同时也验证了流场求解方法与程序的可靠性。当迎角增大到

3、3。左右时，在机身与机翼、尾翼连接处出现明显的分离涡，影响CRMWBT组合体的气动特性。在阻力预测方面，增加网格密度能够提高阻力预测的精度。采用不同的湍流模型会导致升、阻力系数的计算结果存在一定的差异，因此，湍流模型的选择也是阻力预测需要考虑的因素。关键词：数值模拟；阻力系数；重叠网格；多层多块嵌套策略；隐式切割方法；翼身平尾组合体中图分类号：V211．4文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)02—0208—10升、阻力特性是飞行器设计的一个十分重要的指标，它影响着飞行器的诸多性能，如飞行器起飞和着陆性能、巡航性能、机动性能以及飞

4、行器的最大载荷等。一般情况下，飞行器的升阻比提高1％，则其起飞重量可以增加1％或航程增加1％，对大型远程飞行器来说即可增加约2000kg起飞重量或增加约280km航程。因此，准确地预测升、阻力对飞行器的设计是十分必要的。伴随计算机技术和计算流体力学(Computa—tionalFluidDynamic，CFD)的发展，采用数值方法对飞行器阻力进行预测也逐渐成熟起来口]，但预测精度有待进一步的提高。因此，美国AIAA应用空气动力学技术委员会组织“AIAACFDDragPredictionWorkshop”(DPW)会议评估CFD对阻力的预测精度[2

5、。3]。2009年6月AIAA委员会召开了第4届阻力预测研讨会(DPW一4)，会议采用全新的通用化研究模型(CommonRe—searchModel，CRM)，主要考核CFD方法对整机阻力的预测以及增加平尾引起的阻力增量预测。会议共提交了29套计算结果，使用了16种CFD程序和5种湍流模型，统计结果[41表明：阻力预测的标准偏差仍然在10counts(1count一0．0001)左右；基于非结构网格求解所得的阻力误差范围比结构化网格的更大。结构化网格由于技术成熟、逻辑关系简单、流场计算精度和效率高以及边界处理能力强等优点而大量应用，但结构化网格在

6、确定各种复杂外形的空间拓扑关系时显得非常困难，同时网格质量收稿日期：2012-07—31；退修日期：2012-08-23；录用日期：2012—09—10；网络出版时间：2012—10—1808：45网络出版地：www．cnki．net／kcms／detail／11．1929V201210180845005．htmI基金项目：国家自然科学基金(10972183)*通讯作者．Tel．：029—88495381E-mail：jcai@nwpuedu．cn硪用格式lxUJ，LiuQH。CaiJS，etal．Dragpredictionbasedonove

7、rsetgridswithimplictholecuttingtechniqueActaAeronauticaetAs—tronauticaSinica。2013，34(2)：208-217．徐嘉．裁敢洪。蔡晋生．等．基f酶式嵌套重叠网格技术的咀力最溅。航空学摄．2013，34(2)：208—217徐嘉等：基于隐式嵌套重叠网格技术的阻力预测209也难以保证。高质量网格的设计与生成是CFD精确计算最主要的决定性因素之一，也是CFD工作中占用人工工作量最大的部分‘引，成为制约CFD工作效率的一个瓶颈问题。重叠网格技术是将复杂的流动区域分成多个几何边界

8、比较简单的子区域，各子区域中的计算网格独立生成，彼此存在着重叠、嵌套或覆盖关系，流场信息通过插值在重叠区域进行匹配和耦合，降低了复杂外形