• 自学CFD:我在实习岗速成无人机设计和仿真的故事


    一、写在前面

    大家好,我叫Jack(硕士在读),目前在企业实践学习。

    作为一名门外汉,初识计算流体力学,经历了盲目无措、乱做一气,查资料找经验毫无进展,直到从B站遇到了Graychen老师。后转移到仿真秀平台系统学习,如今已完成了工作学习任务,得到了较好的结果。以下是我自学仿真的故事,也可能现在或者将来发生在你身上。

    二、跌跌撞撞,开启长达一季的流体分析

    2020年12月,在实习单位,我接到的任务是做无人机的流体分析和仿真,从零开始的我一头雾水,只得先从百度寻找经验分享贴,奈何只是皮毛,并没有针对性地介绍,更不用说是详细的文字教程或视频教程,但是还是根据一些所谓的经验进行了建模,现在回头看浪费了大量的时间。

    于是乎,转战B站,众所周知,该平台有众多学习资源供大家共享,有很多UP主也分享了不少的流体分析教程,但针对于无人机的分析少的可怜,于是这一阶段又浪费了近一周的时间,毫无进展。

    当时,看到有一个大疆无人机的流体分析师看视频来,引起了注意,遂在B站与Graychen老师取得联系,观望了两天,感觉他的言谈举止及态度是可信的,后根据仿真小助手的推荐,在仿真秀官网订阅精品课-无人机设计仿真,于是开始了与Graychen老师长达4个月的交流……

    无人机设计仿真-工程实际案例13讲

    三、为老师不厌其烦的答疑点赞

    订阅无人机固定翼系列课程之后,通过仿真秀官网和App都可以观看,非常方便。并且跟大家一样,添加了Graychen老师的私人微信,被拉到了VIP交流群中,开始了边看课程边做分析、做分析回看课程的无休止的循环。

    刚开始学习过程中,我没有太多的耐心,因此导致课程没有完全看懂就开始自己的模型分析,因此可能导致建模、网格划分、计算域设置等等一系列工作中出现小问题,看到结果与教程不一致便截图甩给Graychen老师,不停的发问,在我印象中,这段时间数十次的问老师问题,但他每次都会在第一时间回复。记得有一次是在晚上十点以后,老师给我发语音进行解答,并且针对提出的个性化问题提供个性化的解答方案。

    在此,根据我的经验,给各位朋友提个建议:“一定要耐心观看视频教程,至少要认认真真地把操作流程看完一遍,然后跟着做一遍,每一步都要核对,避免因为小问题导致全盘的错误,而且还需要浪费老师的宝贵时间给各位答疑。因为大部分遇到的问题,在视频里面是有讲过的。总而言之,为Graychen老师不厌其烦的为我答疑点赞,毕竟这样的好老师真的不多见!

    四、多旋翼无人机气动特性分析案例

    目前,已经根据Graychen老师的教程,将无人机的气动特性基本完成,并且借助老师课程末提到的瞬态计算方法,顺利的模拟除了无人机飞行过程中的姿态。非常感谢Graychen老师以及仿真秀平台团队里的各位老师,希望能够帮助更多的对流体感兴趣的朋友们快速成长,当前我正在学习Graychen最新发布旋翼类飞行器仿真设计精品课(欢迎大家一起订阅,加入老师的vip群交流学习)。

    旋翼类飞行器Fluent气动仿真12讲

    接下来,根据Graychen老师的大疆无人机流体分析视频教程,我对多旋翼无人机进行了气动分析,从零基础完成了无人机转动的瞬态仿真、力矩、升力等参数的计算和监测。绝大部分内容是按部就班根据视频教程完成的,现将我学习过程中遇到的困难和解决方式简单分享给大家,希望能够提供少许参考。

    1、操作步骤简述

    • 模型建立及预处理

    Graychen老师课程中是用到的SC进行模型的建立,本人的分析的多旋翼无人机因为有solidworks三维模型,因此直接将sw模型导入SC中,进行简化和预处理。由于其电机、起落架等对整体流体分析的结果影响可以忽略,故直接将电机零件删除,并且将起落架的倒角、圆角等进行了简化,并且根据视频教程,进行了流域的建立以及不同组的划分及命名,使网格划分更加简便。将简化模型进行保存成sdoc格式。

    • 网格划分及质量提升

    将sdoc格式模型导入Fluent,导入时将选项设置为保存PMDB中间文件。模型导入完毕,对面网格进行初步划分,由于模型比较大,本案例设置的全局尺寸为最小尺寸为2,最大尺寸为400。本着内密外疏的原则,将内域尺寸范围设置为2-20,外域尺寸范围设置为2-400。全部设置完毕后,将所有流域重新划分网格并保存,并保存为尺度函数文件。将PMDB文件再次导入,对网格连接质量进行诊断,分别标记自由面、点接触等项目,按照软件提示进行网格优化与修改,确保网格质量符合要求。

    • 计算域划分

    网格优化完毕后,按照已经形成的内外域,依次进行计算域的创建。将内域中的几何模型的部分区域类型全部改为dead,将内外域类型更改为fluid,然后进行体网格自动划分即可。

    • 计算条件设置

    直接从上述设置好计算域的页面转入slution界面,设置全局长度单位为mm,并将转速单位设置为rpm,选用k-omega、SST湍流模型进行计算。将边界条件逐一设置为参考系运动,按照三维模型各螺旋桨中心坐标设为旋转中心,转速设置为合理值约3000rpm,设置完毕后进行混合初始化,并运行计算,设置迭代次数并根据实际计算情况,直至收敛为止。

    • 结果处理

    根据视频教程中介绍的,计算直到收敛后,可以直接在Fluent页面中查看结果,但可能造成机器的卡顿,最好导入CFD-post中进行云图、流线的绘制。模拟瞬态旋转视频,需要在计算时也就是本案例操作步骤的第4步,选择瞬态计算,计算结果导入CFD-post中按照视频教程操作即可完成仿真视频的保存。

    • 完成

    将结果保存,完成流体分析。

    2、问题及对策

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