利用XFLR5进行无人机气动数据分析_xflr5软件

简介

    XFLR5软件是一个为设计和分析亚音速飞机独立翼型编写的互动式的程序，主要基于XFOIL求解器，优化了软件界面使之更加易于操作，不需要采用类似AVL的命令窗口进行操作。XFLR5软件基于的升力线理论，3D面元法和涡格法。对于粘性公式，总的翼型表面和尾迹上各点的粘性是通过自由流的的贡献、翼型表面的速度、还有等价的粘性元的分布，以及通过加入卡门-钱学森修正嵌版解法获得的。由于XFLR5软件求解所得的是简化后的解析解，所以计算速度较快，可以快速得出气动数据结果。多用于飞机的概念设计阶段。

    XFLR5计算飞机的气动数据基本思想是先分析翼型在各种状态下的气动数据，在翼型数据的基础上再分析全机的气动数据。

    本文以美国RQ-11大乌鸦无人机为例，从全局的角度讲解整个气动分析过程。软件的基本操作可以参照《XFLR5基本操作教程.pdf》

1.    翼型分析

    翼型分析的思路：先设计翼型---再转入“Xfoil直接设计”--再转入“分析”界面 “定义一个分析”（定义分析后，会在菜单栏里面显示定义好的分析名称的下拉菜单）---然后在“分析设置”里面进行详细的分析设置，进行分析。

    软件中的 “直接翼型设计”和“Xfoil直接设计”两个界面可以相互切换，分别完成翼型的设计和分析功能。

    在菜单栏中利用下拉栏选取需要分析或者查看的分析名称，所有定义好的分析都会列在这个下拉栏中，选中某个分析后，在软件的Xdirect窗口设置具体的分析条件，点击“分析”开始进行计算。

    为了分析三维机翼，我们需要足够的2D 数据（翼型的数据）来支撑3D 的分析。最好的方法是使用“曲线---批量分析”将会定义一系列范围的Re(雷诺数)和angles（攻角）然后进行分析。尤其是雷诺数的范围，需要包括所有后面飞机分析时的所有可能的雷诺数，比如对于根梢比大于1的机翼的翼尖雷诺数会小于翼根处的，翼型分析的时候就要包括进翼梢处的翼型雷诺数。

2.    全机分析

    翼型分析好后就可以进行机翼的定义了，文件—机翼和全机分析，这个时候软件的界面会转变为机翼和全机分析界面（下图），菜单栏从中增加了“机翼-全机”菜单，点击该菜单，选择“定义一个新的机翼”，参照《XFLR5基本操作教程.pdf》进行机翼的定义。

    定义机翼的过程中，需要在翼型变化的地方进行分段，分别定义每段的翼型。定义过程中注意查看机翼的坐标。定义完成后再“新建一个飞机”，在飞机里面设置尾翼和垂尾的相关尺寸，注意选择偏移距离和安装角。软件默认对飞机坐标系的原点求距，实际中是对飞机的重心求力矩，假设RQ-11飞机重心在三分之一弦长处。这样我们在进行飞机设置的时候就要把坐标系原点设置在三分之一弦长处。由于X方向向后为正，所以机翼前缘为负值。

    在飞机的定义完成后。直接点击“曲线-定义一个分析”命令，设置好来流速度，启动参数的参考面积点击确定就定义好一个分析了。在MIAREX窗口中设置好起始和截止迎角，点击分析开始计算。     

    一般来说，定义好机翼，尾翼之后就可以直接进行计算分析了。在飞机的定义完成后。曲线—定义一个分析，设置好来流速度，启动参数的参考面积点击确定就定义好一个分析了。在MIAREX窗口中设置好起始和截止迎角，点击分析开始分析。分析完成后窗口就会输出结果。如下图。可以再右边的设置栏中选择需要显示的内容，在工具栏中可以查看计算的结果。在窗口右击可以选择导出计算结果进行数据处理。

    如果仔细观察会发现，在显示压力系数的时候，整机模型的机翼和尾翼是一个平面。这主要是因为在进行整机分析的时候，只能选择3D面元法和VLM涡格法混合法进行求解分析，因此导致受力面为一个平面。软件如此设定的原因如下：

3.    结果分析

点击完整阅读全文
利用XFLR5进行无人机气动数据分析

课程推荐

旋翼类飞行器Fluent气动仿真12讲- 获得动网格/流固耦合/离散相/6DOF/UDF等仿真技能