一．前言

  在初步气动布局固化后，下一步即为向性能、飞控等下游专业提供全机的气动数据集。气动工程师在面对包含数百甚至上千工况的数据集仿真任务时，往往通过批处理命令来实现。但每个批处理往往为串行执行，一个数据集需同时挂起多个批处理，仿真结束后的数据整理也较为繁杂；同时采用批处理计算过程中，可监控性差，数据查错难。有没有一种方法，可以解决掉上述痛点呢？

  采用Star-CCM+自带的设计管理器中的扫略模式，可以根据超算性能指定同时仿真工况数量，最大限度缩短仿真周期。同时界面化，过程流场及绘图的记录给工程师良好的交互空间。但同时，该扫略模式也有缺点，在文后进行说明。

      Simence讲设备管理器模块同时赋予了其收购的流体仿真软件Star-CCM+和Floefd，各有优劣及侧重，本文不细述。

二．仿真模型及网格

  本文的无人机为CATIA十分钟速成示意布局，全机全长2.1m，翼展2.25m。

图1 无人机示意图

  飞行器机翼等型面对几何精度要求较高，因此导入CCM+时应注意。如采用stl格式导入，则应在CAD软件中将几何精度提高，再保存为stl；如直接导入类似igs面格式，网格化密度默认为适中，应改为非常精细。

图2 面网格导入

导入几何后，应建立特征线，确保表面网格重构后的几何保真度。此处可将特征线离散，便于在某些位置，指定特性线上网格尺寸。

图3 特征线示意图

  图4给出了空间加密块示意图，采用切割体网格，第一层网格厚度5e-5m，图5给出了空间对称面网格示意图。网格量150W。

图4 空间加密块示意图

图5 空间对称面网格

三．仿真设置

飞行器的气动仿真在低速来流时，亦应选择耦合流体，即便多消耗资源。计算采用二阶Roe格式，k-e湍流模型。来流条件为H=1000m。参考面积：0.18m²，参考长度：0.145m，质心：X轴，距尖点1.05m。

图6 求解器设置

  将马赫数，迎角作为工况改变的变量。工具—参数，建立一个马赫数的标量，一个迎角的矢量。工具—场函数，建立两个对应参数里的两个变量参数。在远场边界里，引用的是场函数里的两个函数。即：边界条件勾连场函数，场函数勾连变量。

图7 设置变量参数

  将数据集中想得到的数据，建在报告下，包含：升力系数、阻力系数、俯仰力矩系数及升阻比。

图8 设置数据集气动力参数

四．设计管理器设置

  准备工作完成后，右键“仿真对象”—创建Design Manager项目，将项目指定文件夹保存。

图9 创建设计管理器

  右键设计研究—新建，确认研究类型为扫略。

图10 创建扫略研究类型

  将对应的参数，分别加入到“输入参数”、“响应”、“场景”、“绘图”。其中，“输入参数”为我们所需的变量，迎角、马赫数。“响应”里，为我们需要的气动力系数。“场景”、“绘图”则会记录每个计算工况的对应状态。

图11 对应的参数输入

  设置—运行设置，指定一次运行几个工况，每个工况使用几个进程。

图12 并行处理设置

  所有准备工作完成，右键设计研究—运行全部研究。

图13 所有工况计算

  右键某个工况，可以查看该工况的仿真流场及收敛过程，通过点击左上角的“前后”按钮，可视化图像可在不同工况间自动切换。

图14 工况仿真过程查看

五．总结

        Star-CCM+自带的扫略，是基于Simcenter的优化思想，建立数据集是存在一定制约性的，如同一边界上不能赋予多个设计变量。但不影响，其作为数据集仿真除批处理外的另一种好方式。