陈坚强, 马燕凯, 闵耀兵, 赵 钟, 何先耀, 何 琨

(中国空气动力研究与发展中心 计算空气动力研究所, 绵阳 621000)

0 引 言

计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)，是当前飞行器设计过程中，用以获得气动数据的重要手段，已从早期的仅用于校验辅助设计，发展到能为设计包线中的部分状态直接提供气动数据。然而，尽管近二三十年来，CFD发挥的作用在持续增加，但计算结果可信度仅局限于无大分离流动的巡航状态(图1)[1]，而在飞行包线的边缘区，仍然存在较大的不确定度。

图1 CFD在飞行包线中发挥的作用[1]

造成此种窘境的关键因素之一，在于当前使用“单一”的CFD方法模拟“复杂”的非线性流动：(1)单一的网格类型。不管是广泛使用的In-House代码，还是通用商业CFD软件，都采用单一的网格类型，要么是基于结构网格、要么是基于非结构网格，相应的CFD求解器也只能是二选一。(2)单一的精度。当前工程中广泛应用的CFD软件，基本都是二阶精度，受限于高阶精度方法较低的健壮性，高阶精度方法还难以在工程中成熟应用。(3)单一的学科。大多是求解仅考虑空气动力学完全气体效应的流动模拟。(4)单一的物理模型。鉴于直接数值模拟方法(DNS)和大涡模拟方法(LES)的巨量计算资源需求，工程中一般采用全湍流的雷诺平均NS方法(RANS)。

然而，现实中的空气动力学却是“多元”的：(1)多元的网格。相对结构网格，虽然因非结构网格生成难度的降低而应用越来越多，但在高超声速、高精度等对网格质量要求较高的领域，由于结构网格具有计算效率高、对边界层的模拟更精确、易于处理各向异性网格等优势，依然有其存在的价值，二者仍将共存，且在各自领域发挥自身的优点。……