CAE技術(shù)發(fā)展，使虛擬風(fēng)洞在空氣動(dòng)力學(xué)更多應(yīng)用
在學(xué)術(shù)界，風(fēng)洞被喻為“飛行器的搖籃”，流傳著“有什么樣的風(fēng)洞，才能有什么樣的飛機(jī)、飛船、火箭、導(dǎo)彈”的說(shuō)法。
風(fēng)洞，wind tunnel，即風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，是以人工的方式產(chǎn)生并且控制氣流，用來(lái)模擬飛行器或?qū)嶓w周圍氣體的流動(dòng)情況，并可量度氣流對(duì)實(shí)體的作用效果以及觀察物理現(xiàn)象的一種管道狀實(shí)驗(yàn)設(shè)備，它是進(jìn)行空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)最常用、最有效的工具之一。
奔馳IAA概念車在進(jìn)行流場(chǎng)顯示試驗(yàn)
它不僅在航空和航天工程的研究和發(fā)展中起著重要作用，隨著工業(yè)空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，在交通運(yùn)輸、房屋建筑、風(fēng)能利用等領(lǐng)域更是不可或缺的。這種實(shí)驗(yàn)方法，流動(dòng)條件容易控制。實(shí)驗(yàn)時(shí)，常將模型或?qū)嵨锕潭ㄔ陲L(fēng)洞中進(jìn)行反復(fù)吹風(fēng)，通過(guò)測(cè)控儀器和設(shè)備測(cè)量模型表面的速度、壓力以及溫度，繼而再計(jì)算出渦量場(chǎng)、熱流場(chǎng)等各種數(shù)據(jù)。
風(fēng)洞的建設(shè)不僅是一項(xiàng)高科技產(chǎn)物，也是一項(xiàng)特別費(fèi)錢的工程，全球玩的大的主要就是中美俄三國(guó)。這就是所謂的：“風(fēng)洞一響，黃金萬(wàn)兩！”
一般想做一個(gè)產(chǎn)品的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，計(jì)劃吹風(fēng)兩百次。如果順利的話，大概要用一個(gè)月。費(fèi)用大概是一個(gè)月的電費(fèi) + 模型設(shè)備費(fèi) + 風(fēng)洞建設(shè)費(fèi)除以風(fēng)洞壽命乘以 30 天 + 各種耗材 + 大型儀器設(shè)備費(fèi)除以壽命乘以 30 天 + 研究生平均工資乘以人數(shù)。以上費(fèi)用已經(jīng)七位數(shù)了，這還只是乙方的基本成本，實(shí)際成交費(fèi)用得再乘以一個(gè)黑心系數(shù)。所以說(shuō)昂貴耗時(shí)的風(fēng)洞試驗(yàn)不是一般的人玩得起的。
風(fēng)洞測(cè)試也存在一些局限性，最明顯的限制是尺寸，因?yàn)閹缀跛心M設(shè)計(jì)都必須按比例縮小以適合風(fēng)洞模擬器內(nèi)部。這可能會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，并改變空氣動(dòng)力學(xué)特性，例如雷諾數(shù)。尺寸還限制了任何形式的運(yùn)動(dòng)，這對(duì)于評(píng)估航空航天乃至汽車設(shè)計(jì)至關(guān)重要。
虛擬風(fēng)洞顯示風(fēng)速流線
幸運(yùn)的是，CFD分析軟件工具的最新發(fā)展使得通過(guò)虛擬風(fēng)洞軟件執(zhí)行空氣動(dòng)力學(xué)分析成為可能。專業(yè)的流體分析CAE軟件是具有預(yù)定湍流模型的通用有限元求解器，可幫助進(jìn)行原型測(cè)試之前快速評(píng)估設(shè)計(jì)。
CFD仿真以評(píng)估行人水平的風(fēng)力
與物理設(shè)置相反，在CAE軟件虛擬風(fēng)洞中，只需按一下按鈕即可調(diào)整風(fēng)況，虛擬風(fēng)洞對(duì)于初步設(shè)計(jì)分析非常有用且具有成本效益。由于可以虛擬進(jìn)行設(shè)計(jì)試驗(yàn)，因此可以大大降低原型設(shè)計(jì)成本。此外，在外部設(shè)計(jì)對(duì)氣流的敏感性不是很關(guān)鍵的情況下，也可以完全消除物理風(fēng)洞測(cè)試的需要。虛擬風(fēng)洞有助于加快設(shè)計(jì)過(guò)程的進(jìn)度，并最終幫助設(shè)計(jì)人員以經(jīng)濟(jì)高效的方式確定更好的設(shè)計(jì)，非常適合尋求經(jīng)濟(jì)高效的初步設(shè)計(jì)測(cè)試方法的制造商。
飛機(jī)起落架的CFD仿真結(jié)果
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