ONERA M6 机翼高保真 CFD 分析

AAE 412 课程的期末项目，由三人团队完成。ONERA M6 是一块后掠、有梢根比、无扭转的机翼，1972 年的风洞试验数据质量很高，几十年来一直被用来检验 CFD 模型靠不靠谱。

我们在 ANSYS Fluent 里做了四个算例：

• 算例 1、2：马赫数 0.84、雷诺数 1460 万，迎角分别为 3.06° 和 6.06°，对应 NASA 的 Case 2308 和 2565，用来和试验数据对比验证
• 算例 3、4：保持迎角和雷诺数不变，把马赫数降到 0.5，离开跨声速区，作为对照

结构网格和非结构网格，有什么区别

CFD 要先把机翼周围的空气切成大量小格子，再在每个格子里解方程。格子怎么切，主要有两种思路。

结构网格像一张整齐的方格纸：格子按行列排好，每个格子的邻居都是固定的。

• 优点：同样精度下格子更少、算得更快；格子形状规整，能顺着机翼表面排列，边界层和激波附近的结果更准，收敛也更稳
• 缺点：几何一复杂就很难排，常常要花大量时间手动分块，很依赖经验

非结构网格像铺碎石：用三角形、四面体这类形状自动填满空间，不要求整齐排列。

• 优点：再复杂的几何都能自动生成，改模型、局部加密都方便，上手快
• 缺点：要达到同样精度往往需要更多格子，计算量更大；容易出现又扁又歪的格子（长宽比高、偏斜度大），影响精度和收敛

我们的方案

在有限的计算资源下，我们所有算例都用了非结构网格，并用三个手段把精度补回来：

• 分区加密：计算域分三层。贴着机翼的边界层用膨胀层精细捕捉；机翼周围包一个中间加密区；外围流场用中等密度，节省计算量
• 控制近壁面网格：要求 y+ ≤ 1，据此反推第一层网格厚度，实际所有 y+ 都在 0.75 以下。我们还用 MATLAB 按平板假设估算了边界层厚度（约 0.0123 m），再多加几层膨胀层，确保完全覆盖
• 先粗后细：粗网格约 600 万节点，加密网格 840 万到 1120 万节点。算例 2 在粗网格上发现上表面有很强的激波，于是把中间加密区往上表面和后缘方向扩大，专门去抓激波

代价也很清楚：网格平均长宽比 284.58，最大偏斜度 0.977，都偏高，这是非结构网格在当时算力下能做到的最好折中。算例 2 的压力系数分布在形状和趋势上与试验数据一致，但越靠近翼尖越对不上。所以我们在报告里的结论是：下一步应该改用结构网格，从根本上降低长宽比和偏斜度，同时进一步加密翼尖和激波区域。

完整报告见下方。

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