FlightStream是一款基于表面元方法的流體力學(xué)求解器。針對(duì)亞、跨音速飛行器設(shè)計(jì)者的需求，F(xiàn)lightStream可以求解不可壓縮和可壓縮流動(dòng)，應(yīng)用領(lǐng)域包括螺旋槳飛行器、風(fēng)力渦輪機(jī)、無(wú)人機(jī)、高亞音速運(yùn)輸機(jī)、飛機(jī)以及外掛物和機(jī)翼分離分析等等。

FlightStream具有的非結(jié)構(gòu)化表面元可壓縮流體求解器，可以不用生成繁瑣的體網(wǎng)格，避免了計(jì)算結(jié)果的穩(wěn)定性對(duì)網(wǎng)格的依賴。FlightStream可以為飛機(jī)氣動(dòng)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考，所需的時(shí)間僅為常規(guī)CFD求解器的一小部分。它具備專有的CAD集成庫(kù)，允許用戶導(dǎo)入在任何商業(yè)CAD/CAE軟件（例如SolidWorks，AutoCAD，NX，CATIA等）中設(shè)計(jì)的幾何模型。與傳統(tǒng)CFD求解器相比，F(xiàn)lightStream的表面元渦度求解器可以在非常小的網(wǎng)格尺度下工作，從而可以減少用戶用于生成高保真度曲面網(wǎng)格的成本。

FlightStream是當(dāng)今航空航天、船舶和能源領(lǐng)域中應(yīng)用中功能最多，大的空氣動(dòng)力學(xué)分析工具之一。

FlightStream擁有自己的CAD庫(kù)，可與所有商用CAD/CAE軟件（如NX、SolidWorks、Catia、Solid Edge等）兼容。 任何可以生成CAD文件并以IGES或Parasolids格式導(dǎo)出的軟件都可以直接導(dǎo)入到FlightStream中，然后利用自動(dòng)化網(wǎng)格劃分工具，可以讓用戶快速創(chuàng)建FlightStream求解器的曲面網(wǎng)格，并且進(jìn)行快速求解。

FlightStream還能夠?qū)⒈砻媪鲄?shù)和空氣動(dòng)力學(xué)載荷輸出到Tecplot 10，Tecplot 360和ParaView等通用后處理軟件進(jìn)行處理和進(jìn)一步計(jì)算準(zhǔn)備。在結(jié)構(gòu)分析方面，F(xiàn)lightStream可以輸出FEA表面網(wǎng)格，同時(shí)輸出氣動(dòng)力或壓力分布給有限元分析軟件（例如Abaqus等）進(jìn)行進(jìn)一步有限元分析。FlightStream也與ModelCenter優(yōu)化和設(shè)計(jì)分析軟件無(wú)縫集成，并且可以在優(yōu)化流程中直接使用。

驗(yàn)證案例

1、NASA ROBIN直升機(jī)標(biāo)準(zhǔn)模型

NASA ROBIN（Rotor Body Interaction：旋翼-機(jī)身相互作用）模型是NASA對(duì)一個(gè)通用直升機(jī)機(jī)體進(jìn)行的一系列風(fēng)洞試驗(yàn)，該模型帶有一個(gè)*鉸接的轉(zhuǎn)子，稱為通用轉(zhuǎn)子模型系統(tǒng)（GRMS）。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)表在公開(kāi)的*備忘錄80051：“直徑3.15米直徑單旋翼直升機(jī)風(fēng)洞模型的機(jī)身表面壓力測(cè)量”。ROBIN模型被美國(guó)和NASA旋翼機(jī)組用于仿真軟件代碼的驗(yàn)證工作。

直升機(jī)旋翼引起的下洗氣流和尾翼通常對(duì)機(jī)體整體性能產(chǎn)生影響。這些效果通常在懸停和低速飛行中進(jìn)行卸載和偏航操作時(shí)尤為明顯。機(jī)身周圍的不均勻氣流有可能引起通過(guò)旋翼平面的不均勻下洗氣流的副作用。因此，它也在該項(xiàng)案例中被復(fù)現(xiàn)，用于驗(yàn)證FlightStream在懸停和前進(jìn)飛行工況中，穩(wěn)定流動(dòng)環(huán)境對(duì)旋翼的機(jī)身下轉(zhuǎn)效果進(jìn)行建模的能力。如下圖所示，F(xiàn)lightStream可以在各工況下高精度預(yù)測(cè)表面壓力。而每個(gè)飛行工況可以在不到一分鐘的時(shí)間內(nèi)求解完畢。

2、NASA XC-142 V/STOL穩(wěn)態(tài)螺旋槳?jiǎng)恿︼w行器

AIAA SciTech 2018年度會(huì)議于2018年1月在美國(guó)佛羅里達(dá)州的基西米召開(kāi)。在此次會(huì)議中，Terrafugia和Flight in Flight展示了FlightStream中穩(wěn)態(tài)螺旋槳模擬執(zhí)行器模型的驗(yàn)證研究。在此次會(huì)議中，展示了應(yīng)用FlightStream進(jìn)行穩(wěn)態(tài)螺旋槳?jiǎng)恿︼w行器標(biāo)準(zhǔn)模型的驗(yàn)證模擬案例。該項(xiàng)案例使用了標(biāo)準(zhǔn)的NASA XC-142 V/STOL機(jī)型模型，允許對(duì)四個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙和主翼進(jìn)行進(jìn)行傾斜翼建模。

針對(duì)XC-142 1:11模型風(fēng)洞數(shù)據(jù)驗(yàn)證了FlightStream分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。關(guān)鍵的是，因?yàn)樵撉蠼馄髦恍枰褂帽砻婢W(wǎng)格和渦度求解，所以在標(biāo)準(zhǔn)工作站上僅需要10分鐘就可以得出這個(gè)計(jì)算結(jié)果。

以下為FlightStream仿真結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比：

3、PIPER PA-24有動(dòng)力或無(wú)動(dòng)力螺旋槳飛行器

PIPER PA-24于1969年在美國(guó)宇航局Langley研究中心的全尺寸風(fēng)洞中測(cè)試，結(jié)果于1970年3月在一份名為NASA TN D-5700的技術(shù)報(bào)告中提出。這些測(cè)試包括動(dòng)力和非動(dòng)力飛行。考慮到美國(guó)宇航局技術(shù)報(bào)告中存在大量的數(shù)據(jù)，這個(gè)模型在動(dòng)力和非動(dòng)力條件下都存在，我們使用PIPER PA-24作為測(cè)試FlightStream的標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證模型。

這項(xiàng)驗(yàn)證研究是由DARcorporation工程師在2017年初進(jìn)行的，目的是驗(yàn)證FlightStream在穩(wěn)態(tài)螺旋槳飛機(jī)模型上的計(jì)算能力，確認(rèn)可以捕獲精確的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，測(cè)量負(fù)載、力矩以及壓力分布。該驗(yàn)證研究的結(jié)果在2018年1月舉行的AIAA SciTech會(huì)議上由DARcorporation的工程師發(fā)表。本研究的三個(gè)圖表顯示了有動(dòng)力和無(wú)動(dòng)力飛行工況。針對(duì)PA-24模型，F(xiàn)lightStream在標(biāo)準(zhǔn)筆記本電腦或工作站上的只需不到一分鐘的時(shí)間即可計(jì)算出一個(gè)工況的收斂解。

參考文獻(xiàn)

AIAA-2018-2070 : Longitudinal Aerodynamic Characteristics of a V/STOL Tilt-wing Four-Propeller Transport Model using a Surface Vorticity Flow Solver

AIAA-2018-1259 : Investigation of the Static Longitudinal Characteristics of a Full-Scale Light Single-Engine Airplane using a Surface Vorticity Solver

AIAA-2017-0235 : Optimizing Engine Placement on an Aircraft Wing using Bio-mimetic optimization and FlightStream

AIAA-2017-1418 : Surrogate Models for Surface Vorticity

AIAA-2016-0779 : Aircraft High-Lift Aerodynamic Analysis Using a Surface-Vorticity Solver

Journal of Aircraft : Aerodynamic Loads over Arbitrary Bodies by Method of Integrated Circulation
AIAA-2015-2734 : Predicting the Aero Loads Behind a Propeller in the Presence of a Wing Using FlightStream

AIAA-2015-2880 : Aerodynamic Optimization of Integrated Wing-Engine Geometry using an Unstructured Vorticity Solver

RESEARCH IN FLIGHT網(wǎng)站鏈接：http://researchinflight.com/