抽象的：来自第四届 AIAA CFD 高升力预测研讨会和第三届几何与网格生成研讨会的网格生成和流动求解器专家的共同努力帮助评估了当前一代计算流体动力学 (CFD) 技术对扫掠、介质的数值预测能力/高升力配置的高展弦比机翼。NASA 通用研究模型 (CRM-HL) 配置的高升力版本用于此评估，因为实验风洞数据可用于比较，从而构成国际合作的基础。正如在之前的研讨会中观察到的那样，固定网格雷诺平均纳维-斯托克斯对于高升力仍然不准确且不一致。然而，网格适应带来了更多的一致性，

介绍

2022 年 1 月，与 AIAA SciTech 联合举办了第四届 AIAA CFD 高升力预测研讨会 (HLPW-4) 和第三届 AIAA 几何与网格生成研讨会 (GMGW-3)。这些研讨会系列旨在推进使用 CFD 软件预测高升力流动的最新技术水平。目前用于预测低速、高升力流场的 CFD 技术通常被认为是不可靠和不一致的。为了让参与者更好地协作，技术焦点小组帮助确定了当前 CFD 技术需要改进的不同领域（性能、准确性、适用性），并为遵循最佳实践奠定了基础。

HLPW 研讨会系列的长期目标如下：

• 评估当前一代 CFD 技术/代码的数值预测能力（网格划分、数值、湍流建模、高性能计算要求等），用于着陆/起飞（高升力）的后掠、中高展弦比机翼) 配置。

• 为高升力流场的 CFD 预测制定实用的建模指南。

• 确定对建模至关重要的高升力流动物理元素，以开发更准确的预测方法和工具。

• 增强 CFD 预测能力以进行实用的高升力空气动力学设计和优化。

CRM-HL 配置

CRM-HL 模型主要用于不同的案例研究，包括湍流模型验证研究、CFD 网格划分等。CRM-HL 模型的配置包括一个机舱/塔架，其上表面有一个产生涡流的脊柱机舱。十二个缝翼支架将外缝翼元件连接到主机翼，三个缝翼支架将内缝翼元件连接到主机翼，三个襟翼整流罩覆盖襟翼和主机翼之间的附件。图 1 显示了 CRM-HL 配置。

图 1. CRM-HL 配置。

研讨会的参与者被要求运行“完全湍流”的案例（未指定过渡。尽管在 QinetiQ 风洞测试期间使用“触发点”来触发边界层，但据信流动的几个区域具有层流气流：机身前端、机舱和吊架的前部，以及缝翼外侧的机翼前缘。

襟翼偏转和升力预测的方法

1. 襟翼偏转引起的增量

对于预测由于襟翼偏转（当襟翼包括分离流时）引起的增量，基于 RANS 的方法不成功且不一致。Lattice-Boltzmann (LB) 方法的一个结果表明趋势良好；然而，两个混合 RANS/大涡模拟 (HRLES) 提交并没有很好地预测趋势。因此，需要更多使用尺度分辨方法的研究来确定它们的功效。

2.因提升而增加

为了预测最大升力系数 CL,max，尺度分辨方法与测试数据的相关性比 RANS 更好，既可以捕获分离的流动物理现象，也可以在机翼外侧以正确的原因获得正确的答案。在翼根附近，关于隧道底部边界层对半跨模型的影响，目前有太多未解决的问题无法得出任何确定的结论。尽管在 CL,max 附近的尺度分辨模拟取得了成功，但这些结果仍然缺乏一致性。大部分这种不一致可能是因为网格分辨率。在使用 HRLES 和 WMLES（壁模型大涡模拟）时，仍然需要更严格的最佳实践指南来为复杂配置上的高升力流实现充分的网格划分。

HLPW-4 /GMGW-3 中探索的高升力 CFD 分析

研讨会结果表明，固定网格 RANS 通常无法实现足够的网格收敛。在摊位附近，无法得出关于网格适用性的结论，即使是在最精细的网格上也是如此。对于高阶方法，最佳实践网格划分指南与 RANS 完全不同。高度各向异性元素的三维网格弯曲是一项艰巨的任务。隐式求解器对于解决高阶离散化至关重要。总的来说，将高阶有限元和有限体积方法应用于 CRM-HL 配置得到了证明，但非常具有挑战性。

对于 HRLES，导致 RANS 网格收敛的网格设计不会导致 HRLES 网格收敛，并且网格分辨率被认为对预测的分离模式有显着影响。典型的 HRLES 运行成本大约是 RANS 的 10 到 15 倍。在一些风洞试验中，很难匹配所测隧道壁边界层的形状和厚度，这会影响求解。

对于壁模型大涡模拟和格子玻尔兹曼 (WMLESLB)，在失速处和失速处发现对网格分辨率和网格特性（例如单元各向异性）的高度敏感。与 HRLES 一样，网格分辨率对预测的分离模式有重大影响。典型的 WMLES 运行成本大约是 RANS 的 5 到 10 倍。与试图代表风洞试验中的实际跳闸机制相比，数值跳闸更具成本效益。就平均时间而言，高攻角需要比低攻角更长的时间来确保实现平稳性。

图 2. 攻角 α = 7.05°（顶部）和 α = 19.57°（底部）时自由空气 CL 预测的统计分析

结论

HLPW-4 和 GMGW-3 之间的联合研讨会模型使人们更加关注网格划分，这继续对 CFD 解决方案产生重大影响。高升力流的几何准备和固定网格划分仍然很困难。为不同的方法、代码和提升曲线区域确定固定网格指南也很困难。也许如果有足够的计算能力和代码能力定期对具有数百或数千亿个未知数的网格运行 CFD，那么对于接近最大升力的现实问题，网格的影响可能会得到有效降低。

对于高升力流，RANS 仍然无法准确一致地预测力和俯仰力矩。高阶方法仍然是复杂几何结构的新兴技术，例如 CRM-HL。尽管它们在 2-D 验证练习中表现出色，但高阶 CRM-HL 结果不如其他方法。网格自适应技术为高升力结果带来了更高的一致性。尺度分辨模拟方法似乎最有希望预测 CL，最大值。然而，在低攻角下，尺度分辨方法的准确性略低于 RANS。

虽然大多数 HLPW-4/GMGW-3 参与者仅运行自由空气计算，但未来的验证工作可能会涉及更多的隧道内运行。对于那些人，如果可能的话，获得完整的风洞特征将很有帮助，包括上游隧道壁边界层剖面和流入流均匀性图。

参考：

1. Rumsey, Christopher L.、Slotnick, Jeffery P. 和 Woeber, Carolyn D.“HLPW-4/GMGW-3：概述和研讨会摘要”，AIAA 论文编号。2022-3295，2022 年 6 月。