中國航空研究院在《中國航空學報》發表研究專欄

中國航空研究院院長張新國與荷蘭宇航院及徳荷風洞的代表在珠海航展CAE-AVM模型（綠色）前合影

近期出版的《中國航空學報（英文版） Chinese Journal of Aeronautics》（CJA）第31卷第3期為中國航空研究院提交的系列論文發表了題為「CFD與風洞試驗相關性研究新進展」的研究專欄，對中國航空研究院（CAE）與德國荷蘭風洞（DNW）聯合舉辦的首屆CFD與風洞相關性國際研討會的研究成果進行了集中報道。這是中國航空研究院首次在我國最高水平的航空期刊上發表學術研究專欄。

《中國航空學報（英文版）》（CJA）和《航空學報》均是由中國航空學會和北京航空航天大學主辦、航空學報雜誌社編輯出版的綜合性學術刊物，面向國內外公開發行，文章內容彼此不相重複。《中國航空學報（英文版）》是唯一被EI和SCI雙收錄的中國核心航空學術期刊，在2015年已排入SCI-Q1，當年影響力為國際航空航天期刊第六名，亞洲第一名。同時CJA已與國際第一大學術期刊出版集團Elsevier正式簽署合作協議，從2007年起全文收錄於Elsevier Science Direct平台，國際上各大檢索工具均可檢索到。

本期《中國航空學報（英文版）》專欄集中發表了中國航空研究院和徳荷風洞的三篇論文，另有研討會參與者的論文將在後續期刊上發表。本文根據這三篇論文的主要內容，對其研究背景、主要內容和研究成果進行介紹。

計算流體力學CFD已經和風洞試驗、飛行試驗並列為現代飛行器空氣動力學設計的主要工具。鑒於風洞的尺寸限制，民機風洞模型往往只是全尺寸飛機的1/5到1/20，因此反映流動性質的一個重要參數——雷諾數也往往相差數倍或一個數量級，吹風數據向飛行狀態修正存在著相關性的問題，特別是對當前民機研發所需的空氣動力學精細設計，許多流動細節都與雷諾數密切相關。CFD可以相對靈活地處理風洞尺寸的流動問題，以及計算全尺寸飛機的飛行狀態，可以對風洞和飛行的相關性研究提供有力的協助，但前提是CFD軟體和應用水平首先要得到驗證。由於飛行試驗數據的稀缺，對CFD軟體的驗證往往通過與風洞試驗數據的對比來進行。鑒於飛機型號數據的保密性，長期以來這種驗證工作主要依靠國際上公布的少數研究型民機模型的風洞試驗數據來進行，如德國宇航院DLR和美國NASA等國立科研機構公布的驗證模型DLR-F4、F6，NASA-CRM等典型客機的下單翼翼身組合體構型或者含翼吊發動機及平尾的准全機構型。這些模型的數據是在美國AIAA舉辦的CFD阻力預測研討會上針對設定的幾個典型算例發布的，因此每個模型公布的試驗狀態是非常有限的。該阻力預測研討會自2001年以來已舉辦了6屆，對CFD工作者的軟體計算結果與風洞試驗數據的對比起到了很好的促進和交流，但風洞實驗中的一些特殊現象，包括模型在實驗狀態下的變形、模型支撐系統對流動的干擾等都沒有及時體現在CFD模型中。隨著機翼展弦比的增大和試驗馬赫數的提高，這種由於計算模型與風洞實際對象不同帶來的差別越發明顯，因此CFD與風洞試驗數據之間也存在著相關性問題，而研究這個問題應該由飛機設計師、CFD工作者和風洞試驗專家共同參與，共同研討。

中國航空研究院於2012年設計了巡航馬赫數M=0.85的高性能空氣動力學驗證模型CAE-AVM （Chinese Aeronautical Establishment–Aerodynamic Validation Model），該模型是在中國航空研究院M=0.87遠程小型商務飛機概念研究的基礎上，結合CFD軟體的研發需要，重新設計了加厚的機翼，以減小模型在風洞中的變形。該模型於2013年在德國荷蘭風洞DNW完成了針對飛機性能校核和CFD驗證的專項風洞試驗，試驗中首次採用了同步測力、測壓、測機翼變形和流動轉捩的試驗方法，取得了一致性很高的風洞試驗數據。

該研究中的另一個創新是在風洞試驗前就對縮比的風洞模型巡航構型AVM，帶預估的變形機翼以及實際模型支撐的構型AVM-DZ等進行了CFD預分析，試驗中和試驗後的數據對比都表明，考慮了模型變形和支架干擾構型的CFD計算結果與風洞試驗數據十分重合。與單純巡航構型的AVM相比，模型變形和支架各自帶來的影響和組合影響，包括影響方式和影響量都可以通過CFD的詳細計算分析總結出來。本研究獲得了CFD分析與風洞試驗相關性研究的新進展，取得了國際前沿的學術成果。

根據中國航空研究院「探索、創新、開放、共享」的理念，CAE與DNW於2014年決定聯合舉辦CFD與風洞試驗相關性研究國際研討會，參加者通過系統計算分析CAE-AVM飛機巡航構型和風洞試驗模型在吹風中變形及包含支架AVM-DZ的兩種構型，得出風洞試驗中變形和支架干擾的影響機理和干擾量，實質性地推進飛機設計和CFD工具的驗證。這是國際上首次同時提供飛機巡航構型和風洞試驗中變形含支架的構型及共用標準網格，邀請飛機設計師、CFD工作者和風洞試驗專家共同參與的CFD計算與驗證研討會。

繼2014年在珠海航展進行研討會發布和2015年研討會官網開通，9個國家的20餘個飛機製造商、科研機構和大學註冊並參加了計算研究工作。研討會於2016年3月在北京成功進行，我國著名飛機設計師顧誦芬院士和唐長紅院士、工信部、荷蘭大使館、航空工業的有關官員和領導，以及中國航空研究院和徳荷風洞的負責人，各國研討會參與機構的科學家等共五十餘人出席了會議，取得了圓滿的研究和交流成果，對風洞試驗的CFD預估和數據驗證中需要考慮模型變形和支架干擾的影響達成了共識。

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