周 威,张 健,胡雪岑

(1.沈阳理工大学,辽宁 沈阳 110159;2.沈阳工学院,辽宁 沈阳 113122;3.辽沈工业集团有限公司,辽宁 沈阳 110045)

应用计算流体力学(CFD)中的有限体积法是目前进行飞行器气动仿真研究的主要计算方法。模型中,关于模型计算数据的可靠性,一直是仿真计算的主要问题之一。很多学者就湍流模型进行了相关研究,推导出了很多方程来模拟特定湍流,目前气体外流场仿真计算应用较多的模型是k-ε两方程模型和k-ω两方程模型[1]。Launder和Spalding在1972年建立了k和ε的两方程模型用来计算湍流流动[2],shih等人对k-ε进行了优化[3],实际上这些方程都是一种假设,由于k-ε两方程模型中ε的耗散率并不是唯一可能的长度尺度决定变量,因此,Wilcox提出了k-ω两方程模型[4],Menter后续通过将ε加入ω方程,对k-ω两方程模型进行了优化[5],使其在计算湍流的零压力梯度和逆压力梯度方面具有优势,从而有了更广泛的应用。

但是,以上研究仅是针对模型外形较简单且易进行实验对比的理论,对于实际使用还需要进行相关的适应性研究。目前,弹药的空气动力研究,多集中在导弹和火箭弹,关于炮射修正尾翼弹的相关研究较少。本文对湍流模型的边界层理论进行分析,并对某口径炮射超声速修正尾翼弹的气动力仿真数据研究,找出Realizable k-ε和SST k-ω两种湍流方程对于炮射修正尾翼弹的适应性,以下简称Realizable模型和SST模型。

1 边界层理论及模型网格划分

由于Realizable和SST模型都是针对充分发展的湍流才有效,而对于充分发展的湍流,一定要先进行边界层的研究,这样才能保证对模型适应性研究的正确性。……