在流体力学测试中,有关压力测量分布方法是一个常用的名词,在有关空速管和压力扫描阀的制造中,这都是一个常见的概念。
计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)是通过计算机数值计算和图像显示,对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。CFD的基本思想可以归结为;把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场,如速度场和压力场,用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替,通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组,然后求解代数方程组获得场变量的近似值。
CFD方法与传统的理论分析方法、实验测量方法组成了研究流体流动问题的完整体系。理论分析方法的优点在于所得结果具有普遍性,各种影响因素清晰可见,是指导实验研究和验证新的数值计算方法的理论基础。但是,它往往要求对计算对象进行抽象和简化,才有可能得出理论解。对于非线性情况,只有少数流动才能给出解析结果。
实验测量方法所得到的实验结果真实可信,它是理论分析和数值方法的基础,其重要性不容低估。然而,实验往往受到模型尺寸、流场扰动、人身安全和测量精度的限制,有时可能很难通过实验方法得到结果。此外,实验还会遇到经费投入、人力和物力的巨大耗费以及周期长等许多困难。
CFD方法恰好克服了前面两种方法的弱点,在计算机上实现一个特定的计算,就好像在计算机上做一次物理实验。例如,机翼的绕流,通过计算并将其结果在屏幕上显示,就可以看到流场的各种细节,如激波的运动、强度,涡的生成与传播,流动的分离,表面的压力分布、受力大小及其随时间的变化等。数值模拟可以形象地再现流动情景,与做实验没有什么区别。在国外,已经有人研究用CFD方法来校正FADS系统。采用CFD方法校正的FADS系统在迎角和侧滑角的测量精度上,已经可以满足大范围的超声速飞行器的控制需要。动压的测量精度优于或者等于机载的惯性测量元件的精度。如果单纯使用修正牛顿流理论而不采用CFD校正的话,那么迎角和动压的测量精度不能满足控制需要,侧滑角的精度与采用CFD校正的结果很接近。甚至有人认为FADS系统的实验校正不是必需的,单独采用CFD校正方法就已经足够了。下图所示为对某飞行器头部的CFD分析情况。

某飞行器头部CFD分析示意图
风洞试验测量压力分布
模型压力分布测量通常又叫测压实验,其目的是测量飞行器各部件,如机翼、尾翼、机身、操纵面、外挂物表面的压力分布,为飞行器及其各部件结构强度计算提供载荷;为研究飞行器及其各部件的性能,研究绕模型的流动特性提供数据。通过压力分布测量可以确定机翼上最小压力点的位置、激波位置,气流是否分离,以及作用在模型上的升力、压差阻力和压力中心的位置等。因此,风洞模型压力分布测量是研究飞行器特性,验证数值计算方法是否准确的一个重要手段。
一般情况下,风洞模型试验结果应按风洞试验数据与飞行数据相关的修正体系,对风洞流场、洞壁干扰、支架干扰、进气、喷流、气动弹性、雷诺数及附加物等各项逐一做修正之后,方能与飞行数据做比较。



