在航空航天領(lǐng)域，機(jī)翼油箱的設(shè)計(jì)與優(yōu)化一直是飛行器制造中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。機(jī)翼油箱不僅需要滿足燃油儲(chǔ)存和供應(yīng)的基本功能，還需在復(fù)雜的飛行工況下保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。隨著計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)CFD技術(shù)的不斷發(fā)展，積鼎VirtualFlow軟件為機(jī)翼油箱晃動(dòng)的模擬與分析提供了強(qiáng)大的工具，助力飛行器設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

項(xiàng)目背景與意義

在現(xiàn)代飛行器設(shè)計(jì)中，機(jī)翼油箱的設(shè)計(jì)面臨著諸多挑戰(zhàn)。機(jī)翼油箱通常具有復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)飛行器的整體布局和氣動(dòng)要求。然而，這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)使得燃油在油箱內(nèi)的分布和流動(dòng)更加難以預(yù)測(cè)。在飛行過程中，由于飛機(jī)姿態(tài)的變化、飛行速度的改變以及外界環(huán)境的影響，油箱內(nèi)的燃油會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)。燃油晃動(dòng)不僅會(huì)影響燃油的供應(yīng)穩(wěn)定性，還可能對(duì)機(jī)翼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生額外的載荷，進(jìn)而影響飛行器的操控性和安全性。

傳統(tǒng)的機(jī)翼油箱設(shè)計(jì)方法主要依賴于經(jīng)驗(yàn)積累和反復(fù)試驗(yàn)。這種方法不僅耗時(shí)費(fèi)力，而且難以全面捕捉燃油晃動(dòng)的復(fù)雜動(dòng)態(tài)行為。隨著飛行器性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已難以滿足現(xiàn)代機(jī)翼油箱設(shè)計(jì)的需求。因此，引入先進(jìn)的CFD仿真技術(shù)，對(duì)機(jī)翼油箱內(nèi)的燃油晃動(dòng)進(jìn)行精確模擬和分析，成為提升設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量的關(guān)鍵手段。

積鼎CFD軟件在這一領(lǐng)域展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，為解決機(jī)翼油箱晃動(dòng)問題提供了高效、精準(zhǔn)的解決方案。

CFD 仿真項(xiàng)目難點(diǎn)

（一）多相流問題的復(fù)雜性

機(jī)翼油箱內(nèi)存在燃油和空氣兩種介質(zhì)，屬于典型的多相流問題。燃油與空氣之間存在復(fù)雜的自由液面，在飛機(jī)飛行過程中，隨著飛行姿態(tài)的改變以及飛行工況的變化，燃油會(huì)出現(xiàn)大幅晃蕩。準(zhǔn)確捕捉和模擬這種自由液面的動(dòng)態(tài)變化以及多相流之間的相互作用，對(duì) CFD 仿真算法和模型提出了極高的要求。傳統(tǒng)的多相流模型在處理此類復(fù)雜問題時(shí)，往往存在精度不足、計(jì)算穩(wěn)定性差等問題，難以準(zhǔn)確描述燃油晃動(dòng)過程中的各種物理現(xiàn)象。

（二）復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)帶來的網(wǎng)格劃分難題

機(jī)翼油箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常包含防晃板、肋板、燃油管路等結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)給網(wǎng)格劃分帶來了極大的挑戰(zhàn)。為了準(zhǔn)確模擬油箱內(nèi)的流場(chǎng)，需要在這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)的網(wǎng)格劃分，往往消耗大量前處理時(shí)間，降低了整個(gè)仿真流程建設(shè)效率。

積鼎VirtualFlow軟件優(yōu)勢(shì)

（一）先進(jìn)的界面追蹤技術(shù)

VirtualFlow軟件采用了Level Set模型，這是一種先進(jìn)的界面追蹤方法。與傳統(tǒng)的VOF模型相比，Level Set方法通過距離函數(shù)直接追蹤界面，界面定義更加明確，能夠更好地處理界面的劇烈拓?fù)渥兓?。VirtualFlow還針對(duì)Level Set方法的質(zhì)量守恒性問題進(jìn)行了優(yōu)化，采用Local+Global補(bǔ)償修正，有效解決了相體積不守恒的數(shù)值問題。這使得VirtualFlow在模擬燃油晃動(dòng)時(shí)，能夠精確捕捉燃油與空氣界面的變化，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)燃油的動(dòng)態(tài)行為。

（二）高效的網(wǎng)格生成技術(shù)

VirtualFlow具備特有的浸沒邊界（IST）網(wǎng)格技術(shù)。這種技術(shù)能夠自動(dòng)識(shí)別復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)，極大地簡(jiǎn)化了前處理網(wǎng)格剖分的工作量。設(shè)計(jì)人員無需花費(fèi)大量時(shí)間手動(dòng)調(diào)整網(wǎng)格，從而提高了設(shè)計(jì)效率，加快了設(shè)計(jì)迭代的速度。IST技術(shù)適用于復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格生成為機(jī)翼油箱晃動(dòng)的全面分析提供了有力支持。

（三）精確的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

VirtualFlow軟件的計(jì)算結(jié)果經(jīng)過了嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過與馬德里理工大學(xué)的晃動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，VirtualFlow能夠較好地還原油面形狀，計(jì)算精度高。這種高精度的計(jì)算結(jié)果為機(jī)翼油箱的設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)，使得設(shè)計(jì)人員能夠在虛擬環(huán)境中對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化和驗(yàn)證，減少了實(shí)物試驗(yàn)的次數(shù)，降低了設(shè)計(jì)成本。

應(yīng)用案例：某型飛機(jī)機(jī)翼油箱晃動(dòng)分析

積鼎科技利用VirtualFlow軟件對(duì)某飛機(jī)機(jī)翼油箱的燃油晃動(dòng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。在該案例中，VirtualFlow軟件通過剛體運(yùn)動(dòng)功能，模擬了飛機(jī)在不同飛行姿態(tài)下油箱內(nèi)燃油的晃動(dòng)情況。通過精確的界面追蹤技術(shù)，軟件能夠清晰地顯示燃油與空氣的界面變化，以及燃油在油箱內(nèi)的流動(dòng)軌跡。此外，通過壓力積分，VirtualFlow還能夠準(zhǔn)確計(jì)算燃油晃動(dòng)對(duì)油箱壁面的沖擊力，為油箱結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供了重要參考。

審核編輯 黃宇