因为飞行器上所有的机载设备，都要在重量、功能和性能上做出平衡，所以每一种技术都存在先天缺陷，必须在设计前期对每一克重量进行计算，对每一个零件进行评估，对每一项技术进行甄选，这就是总体技术，这就需要平衡的哲学。总体技术就是协调的技术、平衡的哲学。总体技术是一项系统工程，它的最终目标不是产品，而是形成各种设计文件，用文件平衡整个项目的实施流程。有人说，我们没有总体设计，飞机也飞得好好的。......
2023-07-23
飞行器设计中的流体艺术：风洞试验与CFD分析的关键作用
【摘要】：飞行器是在空气中划动的艺术品，飞行器的设计离不开流体的艺术。风洞试验风洞试验，是一种昂贵但至今无可替代的试验设备。CFD可以解决设计过程中的流体力学问题，在设计初期就了解飞行器大致性能，预先掌握气动缺陷，并可以对飞行器整体力学分布、热传导分布等有直观的认识。因为按照当前的计算机性能，做多状态多曲线的分析，往往会耗时长达几个月，而且CFD分析对于阻力的估算往往不准。
飞行器是在空气中划动的艺术品，飞行器的设计离不开流体的艺术。雷诺数、伯努利方程、翼型、紊流、马赫数、流场等，这些枯燥的专业词汇背后却是一条条如彩虹般流动的曲线，就像浮动的雕塑，让爱它的人不能自拔，烦它的人恨之入骨。这就是流体的特性，研究无序的规律，飘忽的稳定，在混乱中寻找答案，在混沌中确定参数。
翼型的设计
所谓翼型，就是固定翼机翼、直升机旋翼、多旋翼螺旋桨的截面形状。翼型是所有无人飞行器的性能基础，是飞行器气动性能的根源。在进行固定翼设计的时候，大的企业会为每一种飞行器设计一个翼型，以适应它特有的工作特性。但是在直升机和多旋翼当中，这个问题被简化合并到旋翼和螺旋桨当中，很多设计人员已经不太了解翼型是什么了。
对于固定翼无人机来说，翼型的设计是绕不开的话题。但是目前民间公司对于气动的了解水平实在让人不敢恭维，选取别的飞行器上惯用的翼型，甚至一个公司只用一种翼型的比比皆是。虽然我们不能要求每个企业都有设计、实验、改进翼型的能力，但是从翼型库软件中根据飞行器的尺寸、飞行高度、升阻比、力矩参数等，选择一个合适的翼型，这应该是固定翼无人机设计的基本要求。
风洞试验，是一种昂贵但至今无可替代的试验设备。全世界第一个风洞是由英国人E.Mariotte于1871年建成的，用于测量物体在气流运动中的阻力。美国的飞机发明人莱特兄弟，在发明飞机之前也建造了风洞，用于实验飞行器的初步特性。
风洞试验
目前的风洞试验设备有两个发展方向，一个是大，越大的风洞就可以使用越大比例的模型进行实验，甚至直接将小型无人机放入风洞进行全动力试验。另一个方向是快，不断有国家建立高速风洞，从亚音速、音速、超音速到高超音速。风洞试验的成本是以秒计费的，一般是使用高精度的金属缩比模型进行吹风试验，在风洞中由台架驱动模型进行俯仰横滚运动，还可以制作可换装的插件进行对比实验。一般一个状态吹几条曲线，一种飞行器外形的整个试验成本在几十万到上千万不等。
风洞试验更适合固定翼的研发和汽车的研发，对于直升机和多旋翼，由于流场复杂而且需要垂直风道混合，一般少见大比例风洞。
CFD
CFD（Computation Fluid Dynamics）就是计算机辅助工程流体力学分析，是从有限元理论发展而来的，专门针对流体进行分析的计算机软件工具。常见的分析软件包括AnSYS Fluent、Solidworks FloSimulation等。CFD可以解决设计过程中的流体力学问题，在设计初期就了解飞行器大致性能，预先掌握气动缺陷，并可以对飞行器整体力学分布、热传导分布等有直观的认识。
使用CFD可以弥补风洞试验的不足，但是现在还不能完全替代风洞试验。因为按照当前的计算机性能，做多状态多曲线的分析，往往会耗时长达几个月，而且CFD分析对于阻力的估算往往不准。因此一般在设计过程中，CFD用来针对飞行器某个状态进行分析，或者对某个局部进行优化设计。
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2023-06-23
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