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NASA进行的X-57电动概念飞机的气动仿真
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X-57电动概念飞机的仿真 概述 自1946年成立以来,美国国家航空航天局的X飞机系列已经产生了许多概念设计,解决了飞行中最突出的挑战。如今,X-57概念通过其最先进的分布式推进系统,满足了对节能环保解决方案日益增长的需求。分析这种独特的设计需要高质量的计算网格和稳健的数值算法来处理其复杂的几何形状,所有这些都可以在NASA的发射上升和飞行器空气动力学(LAVA)求解器框架下进行研究。在超级计算资源的帮助下,已经表明这种复杂程度在LAVA的能力范围内,并且可以准确预测X-57的空气动力学性能。 项目详细信息 本研究的最终目的是验证这种设计将使高速巡航时的能耗降低5倍。为此,美国国家航空航天局的艾姆斯、阿姆斯特朗和兰利研究中心正在使用计算流体动力学(CFD)合作建立空气动力学数据库,并预测翼尖推进器的空气推进效果。虽然存在19%比例模型的实验数据,但需要CFD工具将隧道数据调整为飞行雷诺数,并报告这些修改后的结果。每个研究中心都测试了各种网格范式、网格精细度级别和求解算法。 最大的挑战之一是对尽可能多的设计复杂性进行建模,同时仍然允许使用结构化的过集网格范式。此外,为了估计控制功率导数,需要测试许多控制面偏转,需要进行一些开发工作才能有效地生成近100个独特的网格。然后,可以通过NASA的LAVA曲线和非结构雷诺平均Navier-Stokes(RANS)求解器运行这些网格来量化所有这些情况下的空气动力学载荷。 结果和影响 初步结果表明,由于层流模拟的不稳定性和不精确性,飞机最好在湍流状态下建模。对于迄今为止分析的90%的低马赫情况,非结构化和曲线模拟的升力和阻力预测在10%的测试数据范围内,而CFD解决方案之间的一致性在5%以内。还研究了实验和模拟结果之间的差异,包括在模拟中添加了试验台设备。这一额外的建模将10%的最大差异降至8%左右。 这些结果表明,我们的模型保真度现在足以进行高速巡航条件模拟。他们还验证了RANS的不稳定性,同时在网格收敛研究中使用精细网格进行模拟。此外,在整个研究过程中,我们能够评估负载对几何结构轻微修改的敏感性,如人工间隙创建和表面混合,同时改变几何结构以适应结构化的重叠网格。最后,通过在模拟过程中包括各种可能影响空气动力学性能的风洞特征,现在可以更好地理解风洞堵塞效应。
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