在航空航天領域，機翼油箱的設計與優化一直是飛行器制造中的關鍵環節。機翼油箱不僅需要滿足燃油儲存和供應的基本功能，還需在復雜的飛行工況下保持結構的穩定性和安全性。隨著計算流體動力學CFD技術的不斷發展，積鼎VirtualFlow軟件為機翼油箱晃動的模擬與分析提供了強大的工具，助力飛行器設計的優化。

項目背景與意義

在現代飛行器設計中，機翼油箱的設計面臨著諸多挑戰。機翼油箱通常具有復雜的幾何結構，以適應飛行器的整體布局和氣動要求。然而，這種復雜結構使得燃油在油箱內的分布和流動更加難以預測。在飛行過程中，由于飛機姿態的變化、飛行速度的改變以及外界環境的影響，油箱內的燃油會產生晃動。燃油晃動不僅會影響燃油的供應穩定性，還可能對機翼結構產生額外的載荷，進而影響飛行器的操控性和安全性。

傳統的機翼油箱設計方法主要依賴于經驗積累和反復試驗。這種方法不僅耗時費力，而且難以全面捕捉燃油晃動的復雜動態行為。隨著飛行器性能要求的不斷提高，傳統的設計方法已難以滿足現代機翼油箱設計的需求。因此，引入先進的CFD仿真技術，對機翼油箱內的燃油晃動進行精確模擬和分析，成為提升設計效率和質量的關鍵手段。

積鼎CFD軟件在這一領域展現出了獨特的優勢，為解決機翼油箱晃動問題提供了高效、精準的解決方案。

CFD 仿真項目難點

（一）多相流問題的復雜性

機翼油箱內存在燃油和空氣兩種介質，屬于典型的多相流問題。燃油與空氣之間存在復雜的自由液面，在飛機飛行過程中，隨著飛行姿態的改變以及飛行工況的變化，燃油會出現大幅晃蕩。準確捕捉和模擬這種自由液面的動態變化以及多相流之間的相互作用，對 CFD 仿真算法和模型提出了極高的要求。傳統的多相流模型在處理此類復雜問題時，往往存在精度不足、計算穩定性差等問題，難以準確描述燃油晃動過程中的各種物理現象。

（二）復雜幾何結構帶來的網格劃分難題

機翼油箱內部結構復雜，通常包含防晃板、肋板、燃油管路等結構。這些結構給網格劃分帶來了極大的挑戰。為了準確模擬油箱內的流場，需要在這些復雜結構進行精細的網格劃分，往往消耗大量前處理時間，降低了整個仿真流程建設效率。

積鼎VirtualFlow軟件優勢

（一）先進的界面追蹤技術

VirtualFlow軟件采用了Level Set模型，這是一種先進的界面追蹤方法。與傳統的VOF模型相比，Level Set方法通過距離函數直接追蹤界面，界面定義更加明確，能夠更好地處理界面的劇烈拓撲變化。VirtualFlow還針對Level Set方法的質量守恒性問題進行了優化，采用Local+Global補償修正，有效解決了相體積不守恒的數值問題。這使得VirtualFlow在模擬燃油晃動時，能夠精確捕捉燃油與空氣界面的變化，準確預測燃油的動態行為。

（二）高效的網格生成技術

VirtualFlow具備特有的浸沒邊界（IST）網格技術。這種技術能夠自動識別復雜幾何結構，極大地簡化了前處理網格剖分的工作量。設計人員無需花費大量時間手動調整網格，從而提高了設計效率，加快了設計迭代的速度。IST技術適用于復雜幾何結構的網格生成為機翼油箱晃動的全面分析提供了有力支持。

（三）精確的實驗驗證

VirtualFlow軟件的計算結果經過了嚴格的實驗驗證。通過與馬德里理工大學的晃動實驗室的實驗數據對比，VirtualFlow能夠較好地還原油面形狀，計算精度高。這種高精度的計算結果為機翼油箱的設計提供了可靠的依據，使得設計人員能夠在虛擬環境中對設計方案進行優化和驗證，減少了實物試驗的次數，降低了設計成本。

應用案例：某型飛機機翼油箱晃動分析

積鼎科技利用VirtualFlow軟件對某飛機機翼油箱的燃油晃動進行了詳細的分析。在該案例中，VirtualFlow軟件通過剛體運動功能，模擬了飛機在不同飛行姿態下油箱內燃油的晃動情況。通過精確的界面追蹤技術，軟件能夠清晰地顯示燃油與空氣的界面變化，以及燃油在油箱內的流動軌跡。此外，通過壓力積分，VirtualFlow還能夠準確計算燃油晃動對油箱壁面的沖擊力，為油箱結構的強度設計提供了重要參考。

審核編輯 黃宇