使用 ONERA-M6 机翼模型验证仿真结果

2023年 3月 30日

仿真是运行实验的一个方便的手段,因为你可以相对快速和经济地运行大量测试,进而减少风洞试验的次数。为了让你相信跨音速流的仿真结果,我们基于著名的 ONERA-M6 机翼创建了一个验证模型。

使用 COMSOL Multiphysics® 模拟跨音速流

当你将 CFD 模块添加到 COMSOL® 多物理场仿真平台后,就可以访问专门用于模拟流体流动的功能,包括各种预定义的物理场接口。广义上讲,物理场接口定义了方程、分析、网格、研究和求解器,以及适用于特定工程领域或物理现象的结果评估和可视化功能。你始终可以访问 COMSOL Multiphysics 平台包含的基本物理场接口,并且可以通过添加与你的工作相关的模块,例如这个例子中的 CFD 模块来扩展可用的接口列表。

COMSOL Multiphysics 软件用户界面,突出显示了高马赫数流动界面,图形窗口中是 ONERA-M6 机翼模型。
COMSOL Multiphysics 用户界面与正在使用的 CFD 模块中的高马赫数流接口。图形窗口显示求解 ONERA-M6 机翼模型后的结果。

如果你要使用 COMSOL Multiphysics 对机翼上的跨音速流进行建模,需要添加 CFD 模块并使用高马赫数流 接口,最好使用 Spalart-Allmaras 湍流模型,这是一个为空气动力学开发的单方程模型。请注意,我们不会在这里介绍如何设置模型的详细信息,但欢迎你从 COMSOL 案例下载页面下载 MPH 文件和相关说明。

关于 ONERA-M6 机翼模型

ONERA-M6 机翼最处创建于 1970 年代,用于验证涉及跨音速和高雷诺数的(3D)流动计算机模型。通过将我们的模拟结果与 ONERA-M6 实验数据进行比较,我们可以验证 COMSOL 模型是否准确。我们的验证模型基于 NASA 兰利研究中心提供的机翼 CAD 几何结构,我们使用 CAD 导入模块将它导入到 COMSOL Multiphysics 中。(顺便说一下,如果你以前没有看过原始机翼设置的照片,可以在 ONERA 网站上查看。)

结果和验证

运行并求解模型后,我们可以使用表面图和轮廓图可视化机翼上的马赫数和压力分布。结果显示机翼表面存在两个弱激波:

在彩虹色表格中显示了马赫数的机翼模型,压力为等高线图。

这个结果与 ONERA-M6 机翼的实验结果相比如何呢?通过绘制仿真结果和风洞试验的结果,我们看到二者之间存在良好的一致性。简单来说,这个模型准确地描绘了激波的位置和压力系数曲线跳跃的大小。你可以浏览二者结果的比较图:

  • 仿真与实验结果对比(1/8)仿真与实验结果对比(1/8)
  • 仿真与实验结果对比(2/8)仿真与实验结果对比(2/8)
  • 仿真与实验结果对比(3/8)仿真与实验结果对比(3/8)
  • 仿真与实验结果对比(4/8)仿真与实验结果对比(4/8)
  • 仿真与实验结果对比(5/8)仿真与实验结果对比(5/8)
  • 仿真与实验结果对比(6/8)仿真与实验结果对比(6/8)
  • 仿真与实验结果对比(7/8)仿真与实验结果对比(7/8)
  • 仿真与实验结果对比(8/8)仿真与实验结果对比(8/8)

自己动手尝试

准备好带着模型进行试飞了吗?文中介绍的所有模型文件(包括分步说明)均可从 COMSOL Multiphysics 6.1 版本的案例库中下载。

ONERA-M6 模型只是可供下载的众多验证和确认模型之一。如需你想要了解更多信息,请访问 博客文章“现已推出:验证和确认 COMSOL 软件的模型集”的,访问完整模型集。

这个模型使用来自 ONERA-M6 机翼的数据作为参考。这个模型不属于 ONERA,没有获得 ONERA 的认可或赞助。


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