Точно ли компьютерное моделирование и тесты в аэродинамической трубе предсказывают Cd и Cl в реальных условиях?

Будут ли коэффициент подъемной силы (Cl) и коэффициент аэродинамического сопротивления (Cd), которые я получу с помощью программного моделирования или испытаний в дозвуковой аэродинамической трубе, такими же, как на реальном самолете во время полета? Или будет какая-то ошибка?

Будет какая-то ошибка. У меня большой опыт работы с вычислительной механикой, и всегда есть неотъемлемая ошибка. Вопрос всегда заключается в том, допустима ли ошибка для данного приложения, а не в том, есть ли ошибка вообще. Если неприемлемо, вам понадобится более сложная модель, либо более сложная модель, либо получение экспериментальных данных.
Испытания в аэродинамической трубе обычно представляют собой «реальные условия» для всех практических целей. Вот почему они у нас есть, а не просто использовать CFD для всего.
Также при испытаниях в аэродинамической трубе будут различия, возникающие из-за (возможно) разных чисел Рейнольдса, разных чисел Маха, различного геометрического масштабирования, эффектов блокировки, эффектов поддержки и т. д. Вот почему все еще проводятся полномасштабные летные испытания :)
Будет много ошибок из-за используемой техники (сам метод), а также ошибки, вызванные различиями в конфигурации (аэроконфигурация реального летательного аппарата (который не моделируется или моделируется с другой геометрией) и весом реальная вещь и т. д.), и, наконец, с момента замораживания конструкции самолета до ввода в эксплуатацию в конструкцию вносятся изменения, которые могут повлиять на аэродинамические характеристики. Вот почему вы точно настраиваете приближения на этапе летных испытаний с прототипом самолета.
Как уже упоминалось, существуют различия между CFD, аэродинамической трубой и реальным миром. Это очень заметно в Формуле 1, где команды используют первую тренировку для тестирования аэродинамических элементов в реальных условиях, которые, по их мнению, будут работать на основе CFD и WT. Некоторые команды проводят целый сезон, пытаясь понять, почему то, что работает в лаборатории, не работает на трассе.

Ответы (1)

По-разному.

В вычислительной гидродинамике (CFD) существуют ограничения для расчета турбулентного потока. Это означает, что большой отрыв потока невозможно точно смоделировать; особенно его зависящие от времени характеристики слишком сложны в вычислительном отношении, чтобы их можно было смоделировать. Вместо этого следует использовать статистические методы.

Для характеристик присоединенного и дальнего поля методы достаточно усовершенствованы, чтобы давать очень точные результаты, настолько, что то, что исторически изучалось в испытаниях в аэродинамической трубе или только на готовом самолете, теперь можно с уверенностью рассчитать вплоть до гиперзвуковых скоростей. Ошибки все равно есть - ведь если геометрическая модель не включает в себя производственные неровности реального самолета, результаты не будут полностью совпадать, но достаточно близки для инженерных целей.

При испытаниях в аэродинамической трубе вы не можете ожидать таких же результатов, пока числа Рейнольдса и числа Маха отличаются от реальных. Это корректируется с помощью поправочных коэффициентов, и снова результаты становятся достаточно хорошими для инженерных целей. Криогенные аэродинамические трубы даже снимают это ограничение, но они очень дороги в строительстве и эксплуатации, потому что они работают с чистым азотом при очень низкой температуре и давлении в несколько бар. Небольшие погрешности остаются, так как все детали реального самолета не могут быть смоделированы в модели аэродинамической трубы и их соотношение между динамическим давлением и жесткостью не может быть скорректировано для всех условий обтекания, поэтому аэроупругие эффекты останутся разными.

Испытания в аэродинамической трубе по-прежнему важны для прогнозирования сил в условиях после остановки и для калибровки новых кодов CFD. Затем большая часть рабочего диапазона может быть покрыта CFD. Их комбинации достаточно, чтобы с уверенностью прогнозировать коэффициенты силы, и только аэроупругие эффекты и детали поведения при сваливании могут оказаться несколько иными, чем ожидалось в ходе испытаний.

Как отмечает @TrebiaProject в комментариях, CFD может помочь с исправлениями. Основным примером может быть влияние жала, на котором установлена ​​модель. CFD может помочь понять его влияние и скорректировать его. Это делает CFD взаимодополняющими, так что оба метода при правильном сочетании приведут к лучшим результатам.

По моему опыту, CFD отлично работает только в том случае, если вы заранее знаете ответ. После того, как вы выполнили какое-либо испытание в аэродинамической трубе, вы всегда можете настроить CFD, чтобы оно соответствовало ему; но если вы начинаете с нуля, CFD почти всегда отключен (если не ошибаюсь). С другой стороны, CFD — отличный инструмент для создания данных для итераций проектирования или корректировки нестандартных условий.
@JZYL Могу я вежливо не согласиться? Использование CFD не является тривиальным, но когда вы знаете, что делаете, это экономит огромное количество времени, а аэродинамическая труба дает только окончательное подтверждение всей работы CFD. Далее, с помощью CFD вы можете детально изучить каждый уголок поля течения, что было бы невозможно в аэродинамической трубе. Вы используете аэродинамическую трубу для калибровки расчетов, но что действительно вас просвещает, так это численный результат, а не данные из туннеля.
В аэродинамических трубах также возникает проблема корректировки из-за опор и креплений моделей. Эти поправки можно предсказать с помощью CFD. WindTunnel и CFD сегодня дополняют друг друга. Аэродинамические трубы обеспечивают большое количество условий полета, в то время как CFD обеспечивает высокий уровень детализации для каждого решения. Помимо того, что описано выше.
@TrebiaProject.Спасибо! Не могу не согласиться.
Точно ли компьютерное моделирование и тесты в аэродинамической трубе предсказывают Cd и Cl в реальных условиях?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v