网格对数值计算可信度的应用研究

摘  要：在飞机型号研制中以提高CFD的模拟精度为目标，本文重点验证网格量对数值计算精度的影响研究。选用AIAA第二届阻力预测会议的DLR-F6翼身（WB）组合体作为标模算例，结合SA湍流模型对粗、中、细三种不同密度的官方非结构网格进行数值模拟，并将计算结果与官方的试验数据进行对比。计算结果表明：网格细分是准确预测阻力的关键;中等网格在计算精度和计算效率上更有优势。可为飞机的气动力设计提供一定的工程经验方法借鉴。

关键词：CFD;DLR-F6;网格;湍流模型

1  引言

为提高阻力预测的准确性、美国AIAA于2003年召开了第二届阻力预测会议（DPW-II）[1]，选择DLR-F6的2个模型为标准算例，其主要目的是分析阻力对网格尺寸的敏感性。国内也组织了"航空CFD可信度专题研究活动"以考察网格以及湍流模型对数值模拟的影响。本文选用DLR-F6翼身组合体（WB）为标准算例，采用粗、中、细三种不同密度的官方非结构网格和SA[2]湍流模型进行了数值计算研究。将计算结果与试验数据进行对比分析，来研究网格量对计算结果精度的影响程度和考察网格收敛性。

2  计算模型

DLR-F6標模属于典型的高亚音速运输机布局，翼展为0.1412m，半模的参考面积为0.0727m2，本次计算采用外形相对简洁的翼/身组合体（F6-WB）构型，计算条件与风洞试验保持一致。DLR-F6标模如图1所示。

3  计算工况

本文选取单状态点验证工况：

马赫数：0.75，

雷诺数：3×106，

迎角（°）：0.5。

4  湍流模型及网格

4.1  湍流模型

关于CFD结果影响最显著的因素除网格外，还有湍流模型，当前RANS方法采用的各种湍流模型均有一定的适用范围。以下针对DLR-F6翼型，采用在工程上常用的SA湍流模型进行计算。

4.2  官方网格

AIAA DPW II提供的粗、中、细三种不同密度的官方非结构网格以及网格量如图2所示。

5  计算结果及分析

对DLR-F6的翼身（WB）组合体进行以SA湍流模型和不同网格密度组合的数值计算。计算结果参见表1和表2。

升力系数受网格密度影响较小;俯仰力矩系数计算结果与试验结果的差量在5%以内;网格量对阻力系数影响较大，随网格细化阻力系数减小，逼近试验值，但是网格量过大，会使生成网格难度加大，需要更多的计算机资源和更多的时间迭代到收敛，合适的网格是准确预测阻力和其他相关气动力的关键。

6  结论

进行数值模拟后得到如下结论：

1）粗、中、细三种网格相比较，细网格的升阻力系数与试验值更逼近，中等网格计算精度与细网格基本相当;

2）在工程应用方面，考虑到计算机资源和工程效率，中等网格在计算精度和计算效率上更有优势。

参考文献

[1]  http：//aaac.larc.nasa.gov/tsab/cfdlarc/aiaa-dpw/Workshop2/worshop2.html（AIAA第二届阻力预测会议官方网站）

[2]  Spalart P R，Allmaras S R. A One-equation Turbulence Model for Aerodynamic Flow. AIAA 92-0439.

作者简介：迟永一（1979～），男，辽宁葫芦岛人，毕业于哈尔滨工业大学航天学院，硕士学位，高级工程师，研究方向：飞机气动布局设计。