中国航空研究院在《中国航空学报（英文版）》发表研究专栏

中国航空研究院首席科学家　华俊

近期出版的《中国航空学报（英文版） Chinese Journal of Aeronautics》（CJA）第31卷第3期为中国航空研究院提交的系列论文发表了题为“CFD与风洞试验相关性研究新进展”的研究专栏，对中国航空研究院（CAE）与德国荷兰风洞（DNW）联合举办的首届CFD与风洞相关性国际研讨会的研究成果进行了集中报道。这是中国航空研究院首次在我国最高水平的航空期刊上发表学术研究专栏。

《中国航空学报（英文版）》（CJA）和《航空学报》均是由中国航空学会和北京航空航天大学主办、航空学报杂志社编辑出版的综合性学术刊物，面向国内外公开发行，文章内容彼此不相重复。《中国航空学报（英文版）》是唯一被EI和SCI双收录的中国核心航空学术期刊，在2015年已排入SCI-Q1，当年影响力为国际航空航天期刊第六名，亚洲第一名。同时CJA已与国际第一大学术期刊出版集团Elsevier正式签署合作协议，从2007年起全文收录于Elsevier Science Direct平台，国际上各大检索工具均可检索到。

本期《中国航空学报（英文版）》专栏集中发表了中国航空研究院和徳荷风洞的三篇论文，另有研讨会参与者的论文将在后续期刊上发表。本文根据这三篇论文的主要内容，对其研究背景、主要内容和研究成果进行介绍。

计算流体力学CFD已经和风洞试验、飞行试验并列为现代飞行器空气动力学设计的主要工具。鉴于风洞的尺寸限制，民机风洞模型往往只是全尺寸飞机的1/5到1/20，因此反映流动性质的一个重要参数——雷诺数也往往相差数倍或一个数量级，吹风数据向飞行状态修正存在着相关性的问题，特别是对当前民机研发所需的空气动力学精细设计，许多流动细节都与雷诺数密切相关。CFD可以相对灵活地处理风洞尺寸的流动问题，以及计算全尺寸飞机的飞行状态，可以对风洞和飞行的相关性研究提供有力的协助，但前提是CFD软件和应用水平首先要得到验证。由于飞行试验数据的稀缺，对CFD软件的验证往往通过与风洞试验数据的对比来进行。鉴于飞机型号数据的保密性，长期以来这种验证工作主要依靠国际上公布的少数研究型民机模型的风洞试验数据来进行，如德国宇航院DLR和美国NASA等国立科研机构公布的验证模型DLR-F4、F6，NASA-CRM等典型客机的下单翼翼身组合体构型或者含翼吊发动机及平尾的准全机构型。这些模型的数据是在美国AIAA举办的CFD阻力预测研讨会上针对设定的几个典型算例发布的，因此每个模型公布的试验状态是非常有限的。该阻力预测研讨会自2001年以来已举办了6届，对CFD工作者的软件计算结果与风洞试验数据的对比起到了很好的促进和交流，但风洞实验中的一些特殊现象，包括模型在实验状态下的变形、模型支撑系统对流动的干扰等都没有及时体现在CFD模型中。随着机翼展弦比的增大和试验马赫数的提高，这种由于计算模型与风洞实际对象不同带来的差别越发明显，因此CFD与风洞试验数据之间也存在着相关性问题，而研究这个问题应该由飞机设计师、CFD工作者和风洞试验专家共同参与，共同研讨。

中国航空研究院于2012年设计了巡航马赫数M=0.85的高性能空气动力学验证模型CAE-AVM （Chinese Aeronautical Establishment–Aerodynamic Validation Model），该模型是在中国航空研究院M=0.87远程小型商务飞机概念研究的基础上，结合CFD软件的研发需要，重新设计了加厚的机翼，以减小模型在风洞中的变形。该模型于2013年在德国荷兰风洞DNW完成了针对飞机性能校核和CFD验证的专项风洞试验，试验中首次采用了同步测力、测压、测机翼变形和流动转捩的试验方法，取得了一致性很高的风洞试验数据。

该研究中的另一个创新是在风洞试验前就对缩比的风洞模型巡航构型AVM，带预估的变形机翼以及实际模型支撑的构型AVM-DZ等进行了CFD预分析，试验中和试验后的数据对比都表明，考虑了模型变形和支架干扰构型的CFD计算结果与风洞试验数据十分重合。与单纯巡航构型的AVM相比，模型变形和支架各自带来的影响和组合影响，包括影响方式和影响量都可以通过CFD的详细计算分析总结出来。本研究获得了CFD分析与风洞试验相关性研究的新进展，取得了国际前沿的学术成果。

根据中国航空研究院“探索、创新、开放、共享”的理念，CAE与DNW于2014年决定联合举办CFD与风洞试验相关性研究国际研讨会，参加者通过系统计算分析CAE-AVM飞机巡航构型和风洞试验模型在吹风中变形及包含支架AVM-DZ的两种构型，得出风洞试验中变形和支架干扰的影响机理和干扰量，实质性地推进飞机设计和CFD工具的验证。这是国际上首次同时提供飞机巡航构型和风洞试验中变形含支架的构型及共用标准网格，邀请飞机设计师、CFD工作者和风洞试验专家共同参与的CFD计算与验证研讨会。

继2014年在珠海航展进行研讨会发布和2015年研讨会官网开通，9个国家的20余个飞机制造商、科研机构和大学注册并参加了计算研究工作。研讨会于2016年3月在北京成功进行，我国著名飞机设计师顾诵芬院士和唐长红院士、工信部、荷兰大使馆、航空工业的有关官员和领导，以及中国航空研究院和徳荷风洞的负责人，各国研讨会参与机构的科学家等共五十余人出席了会议，取得了圆满的研究和交流成果，对风洞试验的CFD预估和数据验证中需要考虑模型变形和支架干扰的影响达成了共识。