精确！快速！海基科技自研专业CFD仿真工具

2019-10-28 14:11| 发布者: 李苏克| 查看: 2904| 评论: 0|来自: 海基科技

摘要: 气动力、气动热的快速、准确模拟一直是高超音速飞行器设计的难点问题，传统CFD软件在模拟高超音速飞行器时计算时间长、网格划分费时费力、计算精度难以控制。为了解决上述问题，海基科技开发了针对高超音速气动力、气动热的快速计算和稀薄气体流动精确模拟软件，并且已经在航天航空领域得到应用，这些应用证实软件的适用性、可靠性和精确性。接下来我们就具体看看这5款软件的特色与优势，并附应用案例集 ...

气动力、气动热的快速、准确模拟一直是高超音速飞行器设计的难点问题，传统CFD软件在模拟高超音速飞行器时计算时间长、网格划分费时费力、计算精度难以控制。

为了解决上述问题，海基科技开发了针对高超音速气动力、气动热的快速计算和稀薄气体流动精确模拟软件，并且已经在航天航空领域得到应用，这些应用证实软件的适用性、可靠性和精确性。

接下来我们就具体看看这5款软件的特色与优势，并附应用案例集供大家交流！

1、稀薄气体流动精确计算软件 Hi-Flowrarefied

Hi-Flowrarefied软件采用DSMC方法（直接模拟蒙特卡罗方法）模拟稀薄气体流动，它适合于精确模拟飞行高度在70公里以上飞行器如卫星、航天飞机、太空船、导弹等。在这一飞行高度，基于连续性假设的传统CFD模拟软件已经不再适用，而对于Hi-Flowrarefied来说，空气越稀薄，计算量越小。

DSMC在一个时间步之内将分子的运动和碰撞解耦，利用概率论选择碰撞分子对。它的优点是：很容易从一维发展成为二维或三维；可以采用各种气体分子之间相互作用模型，包括内部自由度模型和化学模型，而不需要引入复杂的计算模型；还可以方便地通过并行提高计算效率。

因此，DSMC方法已经成为计算复杂多维过渡区流动的主要工具，从原理上可以用于从连续流到自由分子流的所有流区的计算，甚至代替实验作为衡量其他数值方法的标准。

特色与优势

（1）适合于模拟过渡流动和自由分子流动，也可以模拟连续流动；

（2）包含浸没边界算法，通过导入表面网格，拼接飞行器结构，避免复杂的三维网格生成；

（3）通过与传统CFD软件耦合实现稀薄流动与连续流动的耦合计算；

（4）分区并行和计算负载平衡能力，可以在共享内存计算机和跨节点计算机环境实现并行计算，加快计算速度。

2、高超音速飞行器气动热快速计算软件 Hi-FAThermo

Hi-FAThermo可以快速计算不同飞行高度的高超音速飞行器的气动力、气动热参数，适合于高超音速飞行器多工况快速计算和优化选型设计。

Hi-FAThermo软件集成了大气参数模型库，它能够显示基本大气参数如大气压力、大气密度、臭氧含量、风速、湍流度等随海拔高度的分布规律曲线；能够根据输入的海拔高度显示大气参数数值；能够在速度-高度图中显示气动环境临界曲线、气动参数等值线等；能够根据飞行速度和飞行高度大小自动提取该飞行条件下的气动环境特性结论，并给出气动快速分析方法选取建议。

Hi-FAThermo气动估算模块通过读入飞行器CAD模型，得到飞行器模型的表面网格数据，根据飞行速度和稀薄程度选择不同的飞行器表面无粘压力、粘性摩擦力和表面热流工程计算方法来计算飞行器的气动力和气动热。

特色与优势

（1）计算速度快，在数秒内即可完成计算；

（2）软件内置了适合于连续流、过渡流和自由分子流的工程算法，可以计算跨越大气层的高度范围；

（3）直接使用CAD模型生成表面网格，操作简单；

（4）内置大气环境参数库，计算条件设置简单；

（5）可以输出专业的气动力、表面热流、附面层等参数。

3、飞行器脉动压力快速计算软件 Hi-PressureWave

Hi-PressureWave利用工程估算方法快速计算飞行器脉动压力特性，给出表面均方根脉动压力及噪音分贝数分布、脉动压力频谱曲线及相关系数曲线，为飞行器的强度和疲劳寿命计算提供依据。

Hi-PressureWave可以快速计算获得飞行器的稳态流场作为脉动压力计算的输入条件。Hi-PressureWave读入三维飞行器外形的表面网格，依据牛顿类方法、桥函数、自由分子流等快速算法获得飞行器迎风与背风表面的压力和马赫数分布，在较高马赫数和较大的海拔高度范围内都能快速给出精度合理的稳态流场结果结果。Hi-PressureWave也可以导入传统CFD的稳态流场作为脉动压力的计算依据。

基于稳态流场的计算结果，Hi-PressureWave采用不同的工程算法来统计湍流边界层、分离流、激波振荡等引起的压力脉动。

Hi-PressureWave具有较丰富的结果处理和显示功能，可显示三维飞行器外形、表面云图、表面流线与等值线；可显示多种样式的数据曲线、表格、统计图表。

特色与优势

（1）计算速度快，可以在几十秒之内完成压力脉动计算；

（2）软件内置稳态流场计算能力，也可以导入CFD的稳态流场；

（3）软件内置大气环境参数库，简化了模型设置；

（4）在计算压力脉动时，计入了湍流边界层、分离流动、激波振荡、转捩引起的压力脉动，结果可靠。

4、超音速进气道流场快速软件 Hi-FlowIntake

Hi-FlowIntake是超音速进气道流场快速计算软件，它利用波系解析或PNS（抛物N-S方程）方法在几分钟之内快速获得进气道的流量、流量系数、总压恢复系数、升压比、压力畸变系数等参数，用于高超音速吸气式发动机的快速配置选型、性能快速预测、波系研究。

超音速进气道流场存在等熵压缩、强膨胀波、激波和附面层，以及它们之间的相互干扰产生的新的结构，必须通过全域耦合方式才能求解，但在超音速和高雷诺数条件下，流场的椭圆性影响很弱，主要是双曲/抛物性影响。也就是说，流场信号主要是向下游传播，以及横向传播。向上游传播的信号极弱，对于选型阶段的快速分析，其作用可以忽略。于是，可以将描述流场运动的Navier-Stokes方程中的流向扩散项去掉。这样，PNS方法正是利用超音速流场的这一特点，将全空间的时间推进方式求解用从上游到下游逐步推进的空间方式求解来替代。这样不仅可以使得计算速度加快一个量级，而且使得对内存的需求也大幅度降低。

特色与优势

（1）计算速度快，适合于进气道优化选型设计；

（2）计算方法可靠、针对性强，可以较为准确的捕获进气道的波系结构。

5、流场智能识别软件 Hi-FlowSight