天线罩设计研究

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天线罩气动载荷理论CFD分析方法 天线罩气动载荷理论CFD分析方法（续） CFD FLUENT求解问题的步骤 求解问题的步骤
确定几何形状生成计算网格（ 1) 确定几何形状生成计算网格（如用 GAMBIT生成的网格 生成的网格）。 GAMBIT生成的网格）。 2)输入并检查网格 输入并检查网格。 2)输入并检查网格。 3)选择求解器 2D或3D） 选择求解器（ 3)选择求解器（2D或3D） 4)选择求解的方程 层流或是湍流、 选择求解的方程（ 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 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、 确定流体的物性（ 5)确定流体的物性（如流体的密度、粘性 等）
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天线罩气动载荷理论CFD分析方法 天线罩气动载荷理论CFD分析方法（续） CFD Fluent简介 软件的特点 简介-软件的特点 简介
采用基于非结构化网格的有限体积法； ☆ 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； ☆ 定常/非定常流动模拟模拟功能； 支持动/变网格技术； ☆ 支持动/变网格技术； 包含丰富的物理模型， ☆包含丰富的物理模型，能够精确模拟无 粘流、层流、湍流等。 粘流、层流、湍流等。 ☆热传导、辐射； 热传导、辐射； 化学组份的混合/反应； ☆ 化学组份的混合/反应； 自由表面流模型，多相流模型， ☆ 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； 模型，空穴两相流模型，湿蒸汽模型； 融化溶化/凝固；蒸发/ ☆ 融化溶化/凝固；蒸发/冷凝相变模型
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天线罩气动载荷理论CFD分析方法 天线罩气动载荷理论CFD分析方法（续） CFD CFD软件概况（续） 软件概况（ 软件概况
▪ 前端处理软件： 前端处理软件： GridGen,ICEM-CFD。 Gambit,Tgrid, GridGen,ICEM-CFD。 ▪CFD计算软件： CFD计算软件： CFD计算软件 PHOENICS，POLYFLOW，CFX等 Fluent, PHOENICS，POLYFLOW，CFX等。 ▪后处理软件： 后处理软件： 后处理软件 View,AVS,Tecplot。 Ensight, Field View,AVS,Tecplot。
有限体积法模型
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气动载荷理论CFD分析实例 气动载荷理论CFD分析实例（续） CFD
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 气动载荷理论CFD分析实例（续） CFD
流场的压力分布
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气动特性（载荷） 气动特性（载荷）风洞试验 和CFD比较，尽管风洞试验代价昂 CFD比较， 比较 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。 况的飞机（天线罩）表面气动特性。 对于飞机来说， 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； 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。 表面气流流场；表面压力分布等。
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气动特性（载荷）风洞试验（ 气动特性（载荷）风洞试验（续） 低速风洞与模型实验要求
几何相似； 对试验模型的要求 －－ 几何相似； 动力相似， 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。 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。 相对运动原理：飞机模型不动；空气流动。
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天线罩气动载荷理论CFD分析方法 天线罩气动载荷理论CFD分析方法（续） CFD CFD软件概况 续) 软件概况(续 软件概况
目前的CFD软件通常有三种 目前的CFD软件通常有三种 CFD 功能，分别着重用于： 功能，分别着重用于： ▪ 前端处理：建模，生成网格 前端处理：建模， 等。 ▪计算和结果数据生成：完成计 计算和结果数据生成： 计算和结果数据生成 并生成结果数据。 算，并生成结果数据。 ▪后处理：查看结果数据。 后处理：查看结果数据。 后处理
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气动载荷理论CFD分析实例 气动载荷理论CFD分析实例 CFD
CFD分析实例一 分析实例一
压力分布
流场（速度场） 流场（速度场）
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气动载荷理论CFD分析实例 气动载荷理论CFD分析实例（续） CFD
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气动载荷理论CFD分析实例 气动载荷理论CFD分析实例（续） CFD
CFD分析实例二 分析实例二
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天线罩气动载荷理论CFD分析方法 天线罩气动载荷理论CFD分析方法（续） CFD
Gambit的使用主要包括建模， Gambit的使用主要包括建模，网格的划 的使用主要包括建模 边界的定义，保存和输出。 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）
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研究背景（ 研究背景（续）
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研究背景（ 研究背景（续）
▪ 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。 气动外形。 其二，为天线罩强度/ 其二，为天线罩强度/ 刚度设计提供载荷依据。 刚度设计提供载荷依据。
雷达罩气动驻点处 内层材料的（ 内层材料的（局 部失稳） 部失稳）破坏
6Baidu Nhomakorabea
研究背景（ 研究背景（续）
脱胶部位
雷达罩上表层材料 与蜂窝材料脱胶
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天线罩气动载荷理论CFD分析方法 天线罩气动载荷理论CFD分析方法 CFD 计算流体力学（ 计算流体力学（CFD）简介 ）
CFD最常用的是有限体积（ CFD最常用的是有限体积（FV) 最常用的是有限体积 FV与有限元法类似 与有限元法类似， 法，FV与有限元法类似，首先是 把空间区域离散化成小胞腔， 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， 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， （对于不粘滞流体是欧拉方程， 对于粘滞的是Navier Navier对于粘滞的是Navier-Stokes equations)。 equations)。最后得到空间内部 各点的压力、流体速度等。 各点的压力、流体速度等。
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天线罩气动载荷理论CFD分析方法 天线罩气动载荷理论CFD分析方法（续） CFD Fluent简介 软件的特点 简介-软件的特点 简介
☆ 模拟泵，风扇，散热器； 模拟泵，风扇，散热器； ☆ 流体噪声的声学模型； 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； 的相互作用问题； 高效率的并行计算功能； ☆ 高效率的并行计算功能； 友好的用户界面， ☆ 友好的用户界面，并为用户提供了二次 开发接口（UDF）； 开发接口（UDF）； ☆后处理功能，可直观观察计算结果。 后处理功能，可直观观察计算结果。
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气动特性（载荷）风洞试验（ 气动特性（载荷）风洞试验（续） 闭合式巡回风洞
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气动特性（载荷）风洞试验（ 气动特性（载荷）风洞试验（续） 开放式巡回风洞
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气动特性（载荷）风洞试验（ 气动特性（载荷）风洞试验（续）
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飞机气动特性风洞试验实例
飞机向前 飞行时， 飞行时， 前倾角为 20o左右， 左右， 飞行速度 为 103m/s 直升机毫米波雷达天线罩
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气动载荷理论CFD分析实例 气动载荷理论CFD分析实例（续） CFD
速度入口 对称面 流场区域为一个长× 流场区域为一个长×高×深 为8×8×4m的长方体区 × × 的长方体区 域，有限体积法采用四面 体单元， 体单元，整个流场的单元 数共487,568个，总节 数共 个 点数为73,422。该模型 点数为 。 的几何建模及网格生成由 FLUENT软件的前处理 软件的前处理 模块GAMBIT完成。 完成。 模块 完成 压力出口 固定墙
沈海军
南京航空航天大学飞机设计研究所
主要内容
第一部分: 第一部分:研究背景 第二部分: 第二部分:天线罩气动载荷理论分析方法 第三部分: 第三部分:气动载荷理论分析实例 第四部分:气动特性（载荷） 第四部分:气动特性（载荷）风洞试验
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研究背景
•机载雷达的分类： 机载雷达的分类： 机载雷达的分类 机载火控雷达、 机载火控雷达、空中侦察 和地形测绘雷达、气象雷达、 和地形测绘雷达、气象雷达、 多普勒导航雷达、 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。 地形回避雷达以及预警雷达等。
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研究背景（ 研究背景（续）
•机载雷达罩的作用与设计要求： 机载雷达罩的作用与设计要求： 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。 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、 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， 第三，在电气性能上 ,要求雷达天线罩 对雷达工作频率透明。 对雷达工作频率透明。
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天线罩气动载荷理论CFD分析方法 天线罩气动载荷理论CFD分析方法（续） CFD 前处理软件gambit 前处理软件
GAMBIT是Fluent公司开发的CFD前处理软 GAMBIT是Fluent公司开发的CFD前处理软 公司开发的CFD 可建立并网格化CFD模型。GAMBIT通 CFD模型 件，可建立并网格化CFD模型。GAMBIT通 过它的用户界面（GUI） 过它的用户界面（GUI）来接受用户的输 既能简单而又直接的建立模型、 入。既能简单而又直接的建立模型、网 格化模型， 格化模型，还能指定模型区域网格划分 的大小等。 的大小等。
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天线罩气动载荷理论CFD分析方法 天线罩气动载荷理论CFD分析方法（续） CFD FLUENT求解问题的步骤 求解问题的步骤
6)确定边界的类型及其边界条件 6)确定边界的类型及其边界条件 7)条件计算的控制参数 7)条件计算的控制参数 8)流场的初始化 8)流场的初始化 9)求解计算 9)求解计算 10)判断收敛 10)判断收敛 11)保存结果并进行后处理 11)保存结果并进行后处理
操 作 信 息 栏
文件输入、输出 视图窗体
视图控制
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天线罩气动载荷理论CFD分析方法 天线罩气动载荷理论CFD分析方法（续） CFD Fluent简介 简介
Fluent是目前国际上流行的商用CFD软件， Fluent是目前国际上流行的商用CFD软件， 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、 60%， 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。 化学反应等有关的工业均可使用。它具有 丰富的物理模型、 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、 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。 泛的应用。
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天线罩气动载荷理论CFD分析方法 天线罩气动载荷理论CFD分析方法（续） CFD Fluent软件界面 软件界面
文件操作 显示网格、结果等 网格操作(网格信息、平 移、拷贝等）
计算中升力、阻 力变化 设置变网格等 求解算法定义 物理模型定义（粘性、 可压缩性等） 面操作(面信息、平移、 拷贝等）
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天线罩气动载荷理论CFD分析方法 天线罩气动载荷理论CFD分析方法（续） CFD CFD软件概况 软件概况
CFD软件是专门用来进行流场分析、流场 CFD软件是专门用来进行流场分析、 软件是专门用来进行流场分析 计算、流场预测的软件。通过CFD软件， CFD软件 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， 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， 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 的数值模拟， 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， 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、 为实验提供指导，节省实验所需的人力、物 力和时间， 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。 出起到很好的指导作用。