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不同迎角下脊形前体绕流数值模拟研究
摘要
本文通过数值模拟的方式模拟了不同迎角下脊形前体的流场，探究了迎角对流场结构和力学特性的影响。本文使用了商用CFD软件ANSYSFluent，采用了三维挤出网格模型，考虑了湍流模型和壁面边界条件，计算了三个不同迎角下的流场。结果表明，迎角对流场结构和力学特性有较大影响，特别是对于分离区域的生成和空气动力学性能的影响更为显著。本文的结果对于设计和改进脊形前体的结构具有一定的参考价值。
关键词：脊形前体；迎角；流场结构；空气动力学性能；数值模拟
Abstract
Thispapersimulatestheflowfieldofdifferentanglesofattackoftheridge-shapedforebodythroughnumericalsimulation,exploringtheinfluenceofangleofattackontheflowfieldstructureandmechanicalproperties.ThispaperusescommercialCFDsoftwareANSYSFluent,adoptsathree-dimensionalextrudedmeshmodel,considersturbulencemodelsandwallboundaryconditions,andcalculatestheflowfieldunderthreedifferentanglesofattack.Theresultsshowthattheangleofattackhasasignificantimpactontheflowfieldstructureandmechanicalproperties,especiallyinthegenerationofseparationzonesandtheperformanceofaerodynamics.Theresultsofthispaperhaveacertainreferencevalueforthedesignandimprovementofthestructureoftheridge-shapedforebody.
Keywords:Ridge-shapedforebody;Angleofattack;Flowfieldstructure;Aerodynamicperformance;Numericalsimulation
引言
随着科技的不断发展，各种新型飞行器的研究和开发也日益增多。在飞行器的设计过程中，如何提高其空气动力学性能是一个重要的研究方向。而脊形前体作为一种重要的空气动力学性能改善措施，在飞行器上得到了广泛的应用。因此，实现对其流场结构和力学特性的深入理解，对于运用其进行空气动力学性能改善具有重要的指导意义。
本文采用数值模拟的方法，探究了迎角对不同脊形前体的流场结构和力学特性的影响。在数值模拟方面，我们采用了商用CFD软件ANSYSFluent，建立了三维挤出网格模型，考虑了不同的湍流模型和壁面边界条件。我们计算了三个不同迎角下的流场，通过对其结果进行分析，发现迎角对流场结构和力学特性的影响较大。
方法
数值模拟
本文采用商用CFD软件ANSYSFluent对不同迎角下脊形前体的流场进行数值模拟。具体而言，我们采用了三维挤出网格模型，其中包括了531,991个网格单元。在模拟过程中，我们采用了两种不同的湍流模型：RNGk-ε模型和SSTk-ω模型。我们还考虑了壁面边界条件，其中包括了壁面剪切应力、壁面恒温等。在计算中，我们将初始速度设置为鱼雷静止时的速度，采用秒级稳定方法（steady-state）计算。
模型几何和流场特性
本文中采用的脊形前体模型如图1所示，其中包括了凸起的脊型和底部圆锥体。模型的长度为980mm，宽度为160mm，高度为160mm。
[插入图1]
在数值模拟中，我们改变了脊形前体的迎角，分别为0°、4°和8°。其中，迎角定义为流动方向与脊形前体表面法线的夹角。
结果与讨论
通过对计算结果的分析，我们发现迎角对不同脊形前体的流场结构和力学特性的影响较大。具体而言，迎角的增加会导致脊形前体上方的分离区域增加，同时会影响脊形前体的升力系数和阻力系数。
[插入图2]
如图2所示，当迎角为0°时，脊形前体表现出典型的定常流，并且流线经过脊型并在上表面重新连接。当迎角为4°时，流场出现了分离现象，上下表面产生了明显的涡流结构。当迎角为8°时，分离区域更加显著，且在脊型圆锥体过渡区域开始出现了剪切层。此外，当迎角增加时，脊形前体的升力系数随之增加，而阻力系数也会随之增加。
结论
本文通过数值模拟的方式探究了迎角对不同脊形前体的流场结构和力学特性的影响。我们采用了商用CFD软件ANSYSFlu