南京航空航天大学飞机设计研究所
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第一部分 : 研究背景
第二部分 : 天线罩气动载荷理论分析方法
第三部分 : 气动载荷理论分析实例
第四部分 : 气动特性（载荷）风洞试验
主要内容
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研究背景
•机载雷达的分类：
机载火控雷达、空中侦察和地形测绘雷达、气象雷达、多普勒导航雷达、地形跟随和地形回避雷达以及预警雷达等。
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研究背景（续）
•机载雷达罩的作用与设计要求：
首先是保持载机良好的气动外形。
其二是保护机载雷达天线 ,以免天线受到气动环境的不良影响 ,使雷达天线能在恶劣环境下正常工作。在暴风雨、冰雹、闪电、飞鸟及雪等条件下保护雷达 。
第三，在电气性能上 ,要求雷达天线罩对雷达工作频率透明。
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研究背景（续）
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▪天线罩气动载荷分析的目的
首先是保证飞机良好的气动外形。
其二，为天线罩强度 /刚度设计提供载荷依据。
研究背景（续）
雷达罩气动驻点处内层材料的（局部失稳）破坏
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研究背景（续）
雷达罩上表层材料与蜂窝材料脱胶
脱胶部位
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CFD 最常用的是有限体积（ FV) 法， FV 与有限元法类似，首先是把空间区域离散化成小胞腔，以形成一个立体网格或者格点，然后应用合适的算法来解运动方程（对于不粘滞流体是欧拉方程，对于粘滞的是 Navier-Stokes equations) 。最后得到空间内部各点的压力、流体速度等。
天线罩气动载荷理论 CFD 分析方法
计算流体力学（ CFD ）简介
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天线罩气动载荷理论 CFD 分析方法（续）
CFD 软件概况 CFD 软件是专门用来进行流场分析、流场计算、流场预测的软件。通过 CFD 软件，可以分析并且显示发生在流场中的现象，在比较短的时间内，能预测性能，并通过改变各种参数，达到最佳设计效果。 CFD 的数值模拟，能使我们更加深刻地理解问题产生的机理，为实验提供指导，节省实验所需的人力、物力和时间，并对实验结果的整理和规律的得出起到很好的指导作用。
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CFD 软件概况( 续 )
目前的 CFD 软件通常有三种功能，分别着重用于：▪ 前端处理：建模，生成网格等。 ▪计算和结果数据生成：完成计算，并生成结果数据。
▪后处理：查看结果数据。
天线罩气动载荷理论 CFD 分析方法（续）
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CFD 软件概况（续）▪ 前端处理软件： Gambit,Tgrid, GridGen,ICEM-CFD 。 ▪CFD 计算软件： Fluent, PHOENICS ， POLYFLOW， CFX等。▪后处理软件：
Ensight, Field View,AVS,Tecplot 。
天线罩气动载荷理论 CFD 分析方法（续）
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前处理软件 gambit
GAMBIT是 Fluent公司开发的 CFD前处理软件，可建立并网格化 CFD模型。 GAMBIT通过它的用户界面（ GUI）来接受用户的输入。既能简单而又直接的建立模型、网格化模型，还能指定模型区域网格划分的大小等。
天线罩气动载荷理论 CFD 分析方法（续）
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Gambit 的使用主要包括建模，网格的划分，边界的定义，保存和输出。
建立线、面、体，划分网格，定义边界（如对称面、固定墙、流体入口出口等）
视图控制
文件输入、输出
视图窗体
操作信息栏
天线罩气动载荷理论 CFD 分析方法（续）
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Fluent 简介Fluent 是目前国际上流行的商用 CFD 软件，市场占有率为 60%，凡是和流体、热传递和化学反应等有关的工业均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法和强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气和涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。
天线罩气动载荷理论 CFD 分析方法（续）
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Fluent 简介 - 软件的特点☆ 采用基于非结构化网格的有限体积法；☆ 定常 /非定常流动模拟模拟功能；☆ 支持动 /变网格技术；☆包含丰富的物理模型，能够精确模拟无粘流、层流、湍流等。☆热传导、辐射；☆ 化学组份的混合 /反应；☆ 自由表面流模型，多相流模型，颗粒相模型，空穴两相流模型，湿蒸汽模型；☆ 融化溶化 /凝固；蒸发 /冷凝相变模型
天线罩气动载荷理论 CFD 分析方法（续）
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Fluent 简介 - 软件的特点☆ 模拟泵，风扇，散热器；☆ 流体噪声的声学模型；☆ 磁流体模块模拟电磁场和导电流体之间的相互作用问题；☆ 高效率的并行计算功能；☆ 友好的用户界面，并为用户提供了二次开发接口（ UDF ）；☆后处理功能，可直观观察计算结果。
天线罩气动载荷理论 CFD 分析方法（续）
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Fluent 软件界面文件操作
网格操作 (网格信息、平移、拷贝等）
物理模型定义（粘性、可压缩性等）
求解算法定义设置变网格等
面操作 (面信息、平移、拷贝等）
显示网格、结果等
计算中升力、阻力变化
天线罩气动载荷理论 CFD 分析方法（续）
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FLUENT 求解问题的步骤 1) 确定几何形状生成计算网格（如用 GAMBIT生成的网格）。 2)输入并检查网格。 3)选择求解器（ 2D 或 3D ） 4)选择求解的方程（层流或是湍流、化学组分、传热模型等），确定需要的模型 5)确定流体的物性（如流体的密度、粘性等）
天线罩气动载荷理论 CFD 分析方法（续）
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FLUENT 求解问题的步骤 6)确定边界的类型及其边界条件 7) 条件计算的控制参数 8) 流场的初始化 9) 求解计算 10)判断收敛 11) 保存结果并进行后处理
天线罩气动载荷理论 CFD 分析方法（续）
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CFD 分析实例一
压力分布
流场（速度场）
气动载荷理论 CFD 分析实例
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气动载荷理论 CFD 分析实例（续）
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气动载荷理论 CFD 分析实例（续）
CFD 分析实例二
直升机毫米波雷达天线罩
飞机向前飞行时，前倾角为20o左右，飞行速度为 103m/s
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气动载荷理论 CFD 分析实例（续）
有限体积法模型
流场区域为一个长高深为 884m 的长方体区域，有限体积法采用四面体单元，整个流场的单元数共 487,568 个，总节点数为 73,422 。该模型的几何建模及网格生成由 FLUENT 软件的前处理模块 GAMBIT完成。
速度入口 对称面 压力出口 固定墙
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气动载荷理论 CFD 分析实例（续）
飞机最大速度飞行时，天线罩外表面的压力分布
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气动载荷理论 CFD 分析实例（续）
流场的压力分布
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气动特性（载荷）风洞试验
和 CFD 比较，尽管风洞试验代价昂贵，但往往能够获得更为接近实际情况的飞机（天线罩）表面气动特性。
对于飞机来说，这种气动特性主要包括：升力、阻力及仰俯力拒特性；表面气流流场；表面压力分布等。
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对试验模型的要求 －－ 几何相似；动力相似，即模型实验的雷诺数要与飞机
飞行的雷诺数相等。雷诺数相对运动原理：飞机模型不动；空气流动。
低速风洞与模型实验要求
气动特性（载荷）风洞试验（续）
2828
闭合式巡回风洞
气动特性（载荷）风洞试验（续）
2929
开放式巡回风洞
气动特性（载荷）风洞试验（续）
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气动特性（载荷）风洞试验（续）
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中国民航飞行学院闭合式巡回风洞轮廓图
飞机气动特性风洞试验实例
3232
飞机模型在风洞的安装照片
MT8901杆式六分量应变天平
飞机气动特性风洞试验实例（续）
升力、阻力及仰俯力矩特性测试
3333
飞机不同构型测量的升力曲线和阻力系数曲线
飞机气动特性风洞试验实例（续）
升力、阻力特性测试结果
3434
飞机不同的构型测量的俯仰力矩系数曲线
飞机气动特性风洞试验实例（续）
俯仰力矩系数测试结果
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8三角翼在迎角（ ）下的流场照片（丝线法）
飞机气动特性风洞试验实例（续）
流场（丝线法）测试结果
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低速风洞中测量压力分布的模型一般都是木质的，可在模型的适当位置钻若干个测压孔，每个测压孔所感受的压强通过传压管分别与多管压力计相连，这样就可以测出模型表面的压强分布。二元翼型的传压管由模型的一端引出风洞，如附图所示。
飞机气动特性风洞试验实例（续）
表面压力分布测试
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风洞中测量的二维翼型的压力分布随迎角的变化规律
飞机气动特性风洞试验实例（续）
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谢谢专家！
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