当我们要远行的时候,飞机是最方便的交通工具了,主要原因是飞机的飞行速度可以达到900公里/小时,2000公里的距离不超过3个小时就到了,如果是高铁,那么需要10个小时左右才能到达目的地。

看起来飞机飞行的速度比较快,其飞行速度基本都是亚音速,比起战斗机速度却差的很多,战机的速度一般在2马赫左右,那么战机的速度是不是最快呢?相对于战机来说,战机的克星,导弹的速度要更快一些,速度一般3-6马赫,比如让人闻风丧胆的匕首导弹,速度可以达到5-10马赫。

当然还有速度更快的,随着速度的加快,飞行器和空气的摩擦不断加剧,温度不断升高,材料的强度和耐温需要满足更高的要求,飞行器的制造难度也随之上升。

下面,猫亮设计用Flow Simulation来计算一下5马赫的速度对飞行器温度、噪声的影响。

模型建立

模型很简单,一个旋转命令,一个圆顶命令即可做出这个单实体模型。

Flow Simulation高马赫数流动分析

建立Flow Simulations算例

分析类型设置为外部流场。

Flow Simulation高马赫数流动分析

流体选择空气,流动特征勾选高马赫数流动,流动类型选择层流和湍流。

Flow Simulation高马赫数流动分析

初始条件需要将速度参数更改为马赫数,由于本例模型轴线的方向是X的正方向,因此我们设置X方向的马赫数为-5,这样空气流动的方向就是X方向的负方向了。

Flow Simulation高马赫数流动分析

边界条件输入

首先是计算域的设置,由于这个模型是轴对称模型,我们可以将这个分析简化为2D模拟,只用分析XZ截面上的数据。这里采用2D模拟的方式可以成倍的减少计算量。

Flow Simulation高马赫数流动分析

在目标中插入下图中的要分析的数据。

Flow Simulation高马赫数流动分析

网格划分

采用全局手动划分网格的方式对流体区域划分网格,由于在流体和固体的交界处的位置流动状态较为复杂,因此我们需要细化交界面处的网格。网格划分具体参数如下。

Flow Simulation高马赫数流动分析

划分后的网格如下,在流体和固定交界处的网格较为密集。

Flow Simulation高马赫数流动分析

计算求解

Flow Simulation的高马赫数流动分析边界条件设置较为简单,我们只需要注意流体和固体交界处的网格划分即可。前面所有的边界条件设置完后可直接进行计算。

计算结果如下在迎风部位压力和温度最高,空气的流动速度最低,空气噪声也是最大的。在激波内部空气的流动速度要远低于激波外部的空气流动速度,空气的密度根据压力变化,压力越高的部位空气的密度越大,压力越低的部位,空气的密度越小。

在5马赫的速度下,头部的温度超过了1000摄氏度,根据这个温度,我们需要热稳定性更好的材料来防止头部结构的损坏。

Flow Simulation高马赫数流动分析