HPC2010：CFD技术进入蓬勃发展的新时期
大型运输飞机是指起飞总重量超过100t的各类用途的大型军民用航空运载类飞机，其研制能力是衡量一个国家科技水平、工业水平等综合国力的重要标志。目前，世界上只有美国、欧盟和俄罗斯具有大型民用客机的研制生产实力，而真正具有国际市场竞争能力的只有美国和欧盟。
直到20世纪70年代，在飞机气动力设计工作中，在采用的设计手段上，风洞试验是主要的，甚至可以说是唯一能获得可靠的气动数据的手段，计算通常只是简单意义上的工程估算。但是，随着计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)和大容量计算机的发展，试验和计算在设计工作中的相对地位在不断改变。形成这种改变的主要依据是：由于过去传统的设计方法往往需要给出上百种设计方案进行对比选型试验，风洞试验工作量非常惊人，需要很长的设计周期，耗资亦十分浩大。
据国外资料统计，现代飞行器气动力设计所需的风洞试验需求较过去成量级的增长，如果不大规模开发和采用CFD技术，单单完成这些风洞试验就需耗费5～10年的时间。另外，风洞试验受到试验设备及试验技术的限制，并不能准确模拟某些飞行状态下的流动情况。到目前为止，风洞设备模拟能力的种种限制并没有本质的改观。而另一方面，从20世纪70年代末开始，由于CFD计算方法的不断突破和计算机技术的快速发展，CFD进入了蓬勃发展的新时期。其主要标志之一是CFD开始越来越多地被应用到以航空航天飞行器的研究和设计为代表的流体力学、空气动力学实际工程中。
在本次HPC China 2010大会上来自Boeing 公司的Doug Ball 博士带来了其公司在CFD应用上的最新研究情况。
▲CFD在高速运转环境下飞机机身的设计是非常重要的，这也是Boeing公司目前研究的一个重要方向，当然在设计过程中也面临了很多的技术挑战，在报告中Doug Ball 也表示在在流体分离不稳定的环境下准确预算飞机的负荷和通信信号的特性是非常困难的。目前Boeing在这方面做的工作有：开发Navier-Stokes CFD程序为飞机制造商提供更加准确、稳定、可靠的环境；验证/扩大CFD用于负荷及通信信号学的应用；集合风洞测试和CFD使用来缩短飞机的设计周期。
▲在2D High-Lift CFD上的研究情况。从图中可以看出目前Boeing公司正往Automated Navier-Stokes Two dimensional setup process(自动化n - s二维安装过程)??ANTS 方向和大型机羽翼2D快速Navier-Stokes分析技术方面研究。
▲在3D技术上也有研究方向
传统的“试错法”需要设计几十个机翼进行大量风洞试验，而新的CFD设计方法，只需要设计出2～3个性能最好的机翼，再放到风洞里进行试验验证和最终选型。同样，空客系列飞机在设计过程中从一开始就使用了全机N-S方程流场计算程序。
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CFD的应用包括：机翼设计、机身-发动机吊挂设计、副翼和襟翼的设计、垂尾和后体的设计、机头与驾驶室设计、机翼-机身的连接等。在大型民机的研制中，在节省研制经费、缩短研制周期、提高研制质量等方面，CFD都具备它独有的优势可以发挥十分重要的作用。
在报告中Doug Ball 最后表示，总的来说CFD 的存在可以帮助解决飞机制造上的问题节约开发成本和时间，给你创造一个飞行安全探索实验环境，保证飞行员在空中作业的安全性，让你在一个不是很贵的物理模拟环境中做一些现实中不太可能完成的测试，例如利用高超声波来推动系统的飞行等实验。CFD是一项很有发展潜力的动力学技术。