CAE技術(shù)發(fā)展，使虛擬風(fēng)洞在空氣動力學(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、飛船、火箭、導(dǎo)彈”的說法。

風(fēng)洞，wind tunnel，即風(fēng)洞實驗室，是以人工的方式產(chǎn)生并且控制氣流，用來模擬飛行器或?qū)嶓w周圍氣體的流動情況，并可量度氣流對實體的作用效果以及觀察物理現(xiàn)象的一種管道狀實驗設(shè)備，它是進(jìn)行空氣動力實驗最常用、最有效的工具之一。

奔馳IAA概念車在進(jìn)行流場顯示試驗

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)空氣動力學(xué)的發(fā)展，在交通運輸、房屋建筑、風(fēng)能利用等領(lǐng)域更是不可或缺的。這種實驗方法，流動條件容易控制。實驗時，常將模型或?qū)嵨锕潭ㄔ陲L(fēng)洞中進(jìn)行反復(fù)吹風(fēng)，通過測控儀器和設(shè)備測量模型表面的速度、壓力以及溫度，繼而再計算出渦量場、熱流場等各種數(shù)據(jù)。

風(fēng)洞的建設(shè)不僅是一項高科技產(chǎn)物，也是一項特別費錢的工程，全球玩的大的主要就是中美俄三國。這就是所謂的：“風(fēng)洞一響，黃金萬兩！”

一般想做一個產(chǎn)品的風(fēng)洞實驗，計劃吹風(fēng)兩百次。如果順利的話，大概要用一個月。費用大概是一個月的電費 + 模型設(shè)備費 + 風(fēng)洞建設(shè)費除以風(fēng)洞壽命乘以 30 天 + 各種耗材 + 大型儀器設(shè)備費除以壽命乘以 30 天 + 研究生平均工資乘以人數(shù)。以上費用已經(jīng)七位數(shù)了，這還只是乙方的基本成本，實際成交費用得再乘以一個黑心系數(shù)。所以說昂貴耗時的風(fēng)洞試驗不是一般的人玩得起的。

風(fēng)洞測試也存在一些局限性，最明顯的限制是尺寸，因為幾乎所有模擬設(shè)計都必須按比例縮小以適合風(fēng)洞模擬器內(nèi)部。這可能會產(chǎn)生負(fù)面影響，并改變空氣動力學(xué)特性，例如雷諾數(shù)。尺寸還限制了任何形式的運動，這對于評估航空航天乃至汽車設(shè)計至關(guān)重要。

虛擬風(fēng)洞顯示風(fēng)速流線

幸運的是，CFD分析軟件工具的最新發(fā)展使得通過虛擬風(fēng)洞軟件執(zhí)行空氣動力學(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)行原型測試之前快速評估設(shè)計。

CFD仿真以評估行人水平的風(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)洞對于初步設(shè)計分析非常有用且具有成本效益。由于可以虛擬進(jìn)行設(shè)計試驗，因此可以大大降低原型設(shè)計成本。此外，在外部設(shè)計對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)洞測試的需要。虛擬風(fēng)洞有助于加快設(shè)計過程的進(jìn)度，并最終幫助設(shè)計人員以經(jīng)濟(jì)高效的方式確定更好的設(shè)計，非常適合尋求經(jīng)濟(jì)高效的初步設(shè)計測試方法的制造商。

飛機起落架的CFD仿真結(jié)果

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