2D&3D求解
TRANAIR最初开发为三维求解器。等同的二维求解器从1989年开发出来至今,已经有了和最初的三维版本相同的能力和特性。
全位势求解器
TRANAIR通过求解非线性全位势方程分析给定几何体的气动特性。针对可压缩流(超音速、跨音速、亚音速)及轻微的分离流,TRANAIR能够给出精确的结果。
边界层耦合
通过边界层耦合调用,TRANAIR对跨音速流动中的粘性效应实现模型化。边界层耦合在TRANAIR的应用是一种伪3D方法,它既不是基于对无穷后掠翼的锥形逼近,也不是轴对称逼近。这些逼近方法可能应用于类机翼表面、吊舱或机体的边界层耦合。
边界层方程的求解是由部件表面压力场(或速度分布)决定的。边界层的求解为无粘性求解器提供了一系列的发散边界条件。在TRANAIR中,粘性的求解计算与ISES边界层理论相耦合,该理论是由MIT的Mark Drela研发出来的。TRANAIR中的耦合可以描述为“紧密耦合”,具体做法是将无粘性流动方程和耦合方程联立后利用牛顿法一同求解。这种边界层耦合能够求解除附着流动之外的轻微分离流动。
网格自适应
计算域建立后,该区域的全局网格也就建立了。网格的矩形单元要进行分级细化(每块又分为八小块),最终产生计算所用网格。这类网格的形成完全由代码自动完成,而不需要表面适应网格生成。接近表面的网格单位被边界切割成为多面体。
接着,TRANAIR生成用来求解问题的网格。最开始是最粗糙的网格,对该网格进行方程的离散并求解。下一步的求解将在经过细化的网格上进行,细化集中在前一步求解中速度梯度较大的区域。重复该过程直到网格达到用户的需求。
材料物性
通常情况下,按照输入的几何体将流动分成几个分离的流动区域。这些区域可以有不同的流动特性。简单机翼/机体时,可划分为自由流区(飞机外面)和滞止区(飞机内部)。如果存在吊舱,那么在为发动机建模时,要定义喷气羽流区并在该区域指定流动特性。也就是说,几何形状定义流动区域,用户指定流动特性。所以,例如一个简单的吊舱将有三种类型的流动区域(自由流区、滞止区、喷气尾流区),包含有四种表面(机体面或滞止表面、涡扇面、喷气面以及从自由流分离出的尾流面)。
设计
TRANAIR设计选项允许用户修改之前的几何形状获得一个新的带有改进性质的结构。设计方法属于直接设计法,用户能够定义几何体的运动、形状、流动限制及目标函数等。这类型的设计方法可允许很粗略的仿真,但需要适定的优化,从而获得合理的求解。通过对后处理工具Dgraf的使用,几何体的移动能够利用目视检查进行证实。该检查可在优化运算之前进行,这就在调试过程中节省了宝贵的时间。
多点设计
对TRANAIR设计能力的简单描述已经在上面的“设计”部分中提到。用户可以通过设定目标函数对诱导阻力、外形阻力和波阻力求和来完成阻力最小化的设计。这种方法的主要缺陷众所周知,即“单点”设计。也就是说,一个在设计流动条件下,阻力很小的几何体要比在正常飞行计划时的名义阻力更差。多点设计能够帮助我们避免这类在设计范围之外的问题。
后处理
Tgraf是用来显示和分析TRANAIR求解结果文件的应用工具。Dgraf与Tgraf相似,用户通过定义运动函数对几何体进行控制。下面是Tgraf和Dgraf后处理能力的一些描述:
-- 观察输入几何形状和TRANAIR生成的体网格
-- 旋转、缩放、平移求解结果
-- 体和面的切割
-- 等值面
-- 流线图
-- 几何体或面上标量的绘制
-- 隐藏移走的面和线条