Sagen Softwaresimulationen und Windkanaltests Cd und Cl unter realen Bedingungen genau voraus?

Werden der Auftriebsbeiwert (Cl) und der Luftwiderstandsbeiwert (Cd), den ich durch die Verwendung von Softwaresimulationen oder Unterschall-Windkanaltests erhalte, die gleichen sein wie bei einem tatsächlichen Flugzeug im Reiseflug? Oder wird es einen Fehler geben?

Es wird einen Fehler geben. Ich habe viel Erfahrung mit Computermechanik, und es gibt immer einen inhärenten Fehler. Die Frage ist immer, ob der Fehler angesichts der Anwendung akzeptabel ist, nicht, ob überhaupt ein Fehler vorliegt. Wenn dies nicht akzeptabel ist, benötigen Sie ein ausgefeilteres Modell, entweder durch ein ausgefeilteres Modell oder durch den Erhalt experimenteller Daten.
Windkanaltests sind in der Regel „reale Bedingungen“ für alle praktischen Zwecke. Deshalb haben wir sie und verwenden CFD nicht nur für alles.
Auch bei Windkanaltests wird es Unterschiede geben, die von (möglicherweise) unterschiedlichen Reynolds-Zahlen, unterschiedlichen Mach-Zahlen, unterschiedlicher geometrischer Skalierung, Blockierungseffekten, Stützeffekten usw. herrühren. Deshalb gibt es immer noch umfassende Flugtests :)
Es wird viele Fehler aufgrund der beteiligten Technik (Methode selbst) geben, und dann gibt es die Fehler, die durch Konfigurationsunterschiede (Aero-Konfiguration des echten Fluggeräts (die nicht modelliert oder mit unterschiedlichen Geometrien modelliert sind) und das Gewicht von das Original usw.), und schließlich gibt es ab dem Zeitpunkt, an dem das Flugzeugdesign eingefroren ist, bis zur Inbetriebnahme Designänderungen, die die aerodynamischen Eigenschaften beeinflussen können. Deshalb verfeinern Sie die Näherungen während der Flugtestphase mit einem Prototypflugzeug.
Wie bereits erwähnt, gibt es Unterschiede zwischen CFD, Windkanal und der realen Welt. Dies wird in der Formel 1 sehr deutlich, wo die Teams das erste Training nutzen, um aerodynamische Teile in der realen Welt zu testen, von denen sie glauben, dass sie auf der Grundlage von CFD & WT funktionieren werden. Einige Teams verbringen eine ganze Saison damit, herauszufinden, warum das, was im Labor funktioniert, auf der Strecke nicht funktioniert.

Antworten (1)

Es hängt davon ab, ob.

In der Computational Fluid Dynamics (CFD) gibt es Grenzen für die Berechnung turbulenter Strömungen. Das bedeutet, dass große Strömungsablösungen nicht genau modelliert werden können; insbesondere seine zeitabhängigen Eigenschaften sind rechnerisch viel zu komplex, um modelliert zu werden. Stattdessen müssen statistische Methoden verwendet werden.

Für Anhänge- und Fernfeldeigenschaften sind die Methoden so verfeinert, dass sie sehr genaue Ergebnisse liefern, so dass das, was früher in Windkanaltests oder nur am fertigen Flugzeug untersucht wurde, jetzt zuverlässig bis zu Überschallgeschwindigkeit berechnet werden kann. Fehler sind immer noch vorhanden - denn wenn das geometrische Modell die Herstellungsunregelmäßigkeiten des realen Flugzeugs nicht enthält, stimmen die Ergebnisse nicht vollständig überein, aber für technische Zwecke nahe genug.

Bei Windkanaltests können Sie nicht die gleichen Ergebnisse erwarten, solange die Reynolds-Zahl und die Mach-Zahl von der Realität abweichen. Dies wird mit Korrekturfaktoren angepasst, und die Ergebnisse werden wieder gut genug für technische Zwecke. Kryo-Windkanäle heben diese Einschränkung sogar auf, sind aber sehr teuer in Bau und Betrieb, weil sie mit reinem Stickstoff bei sehr niedriger Temperatur und mehreren Bar Druck betrieben werden. Kleine Fehler bleiben, weil nicht alle Details des realen Flugzeugs in einem Windkanalmodell modelliert werden können und ihr Verhältnis zwischen dynamischem Druck und Steifigkeit nicht für alle Strömungsbedingungen angepasst werden kann, so dass aeroelastische Effekte unterschiedlich bleiben.

Windkanaltests sind immer noch wertvoll, um Kräfte unter Post-Stall-Bedingungen vorherzusagen und neue CFD-Codes zu kalibrieren. Der Großteil des Einsatzbereichs kann dann mit CFD abgedeckt werden. Die Kombination aus beidem reicht aus, um die Kraftbeiwerte zuverlässig vorherzusagen, und lediglich aeroelastische Effekte und Details des Strömungsabrissverhaltens können etwas anders ausfallen als durch Tests erwartet.

Wie @TrebiaProject in den Kommentaren betont, kann CFD bei den Korrekturen helfen. Der Einfluss des Stachels, auf dem das Modell montiert ist, wäre ein primäres Beispiel. CFD kann helfen, seinen Einfluss zu verstehen und ihn zu korrigieren. Dies macht CFD komplementär, sodass beide Techniken zu besseren Ergebnissen führen, wenn sie richtig kombiniert werden.

Meiner Erfahrung nach funktioniert CFD nur dann gut, wenn man die Antwort a priori kennt. Sobald Sie einen Windkanaltest durchgeführt haben, können Sie CFD immer noch passend finden; Aber wenn Sie bei Null anfangen, ist CFD fast immer ausgeschaltet (wenn nicht sogar völlig falsch). Andererseits ist CFD ein großartiges Werkzeug zum Generieren von Daten für Design-Iterationen oder Off-Condition-Korrekturen.
@JZYL Darf ich höflich widersprechen? CFD ist nicht trivial zu verwenden, aber wenn Sie wissen, was Sie tun, spart es enorm viel Zeit und der Windkanal gibt nur eine endgültige Bestätigung all dieser CFD-Arbeit. Als nächstes können Sie mit CFD in jede Ecke des Strömungsfelds hineinschauen, und zwar in Details, die im Windkanal unmöglich wären. Sie verwenden den Windkanal, um die Berechnung zu kalibrieren, aber was Sie wirklich aufklärt, ist das numerische Ergebnis, nicht die Tunneldaten.
Windkanäle haben auch die Herausforderung von Korrekturen aufgrund von Stützen und Befestigungen der Modelle. Diese Korrekturen können mithilfe von CFD vorhergesagt werden. WindTunnel und CFD ergänzen sich heute. Windkanäle bieten eine große Anzahl von Flugbedingungen, während CFD für jede Lösung ein hohes Maß an Details bietet. Zusätzlich zu dem, was oben beschrieben wurde.
@TrebiaProject.Danke! Kann nicht mehr zustimmen.
Sagen Softwaresimulationen und Windkanaltests Cd und Cl unter realen Bedingungen genau voraus?
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