基于全多面体网格的无人机复杂装配体流场建模——Fluent Meshing精细划分技术实践

摘要：

本案例利用Fluent Meshing对固定翼无人机进行网格划分，采用全多面体网格方案减少30%单元量仍保持湍流粘性底层解析能力，不仅为无人机巡航/爬升等多工况气动仿真提供了高精度网格基础，还通过标准化流程支持气动-结构耦合、控制仿真等跨学科研究，兼顾工程效率与计算经济性。

特别适合无人机设计工程师快速掌握复杂气动外形的工业级网格生成策略、CFD工程师学习多物理场仿真的网格适应性优化方法，以及航空航天领域研究人员构建高升力构型数值模拟的技术框架。

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1 导入几何模型

在固定翼无人机流场仿真中，Fluent Meshing的网格划分流程始于几何模型的预处理阶段。首先通过File-Import-CAD导入无人机三维模型，该模型通常包含机翼、机身、尾翼等部件。

针对无人机特有的薄壁结构（如厚度仅1.5mm的碳纤维机翼蒙皮），需在Geometry标签下使用Surface Repair工具修补缺失面片，特别是机翼与机身连接处常出现的0.2-0.5mm微小间隙。通过Merge Edges功能将相邻曲面边界的容差设置为0.01mm，消除拓扑结构中的自由边，这一过程需特别注意机翼前缘曲率突变区域（曲率半径小于3mm）的几何特征保留。

完成几何修复后，进入计算域定义阶段。采用Enclosure功能构建长方体外流场域，其边界距离无人机表面需保持一定长度以消除边界效应。对于包含发动机进气道的内流场，需封闭进排气口形成独立流体域。此时通过在机身内部指定流体域标记点，结合Wrap功能生成包裹网格，该过程需调整包裹增长率至1.3以避免机翼尖端（厚度仅0.8mm处）的网格穿透现象。

特别在机翼-襟翼交接面等运动机构区域，需通过Face Zone建立交界面，设置1:1的网格过渡比例确保后续计算的连续性。

网格尺寸控制是提升计算精度的关键环节。在Size Function中设置全局基础尺寸为机翼弦长的1/20（约15mm），针对机翼前缘（曲率半径2mm）、翼梢小翼（高度50mm）等特征区域，启用曲率自适应加密功能，设置最小单元尺寸0.5mm，曲率法向增长率1.2。

边界层网格构建时，在机翼表面设置5层棱柱层，首层高度0.01mm保证Y+<1，膨胀比1.2，总厚度占边界层位移厚度的80%，该设置能精确捕捉翼型表面的流动分离现象。

最终体网格生成阶段采用Poly网格类型，在机翼表面10mm范围内生成多面体边界层，边界层区域使用棱柱层主导网格。

针对展弦比达8的细长机翼，开启Aspect Ratio Control将最大长宽比限制在25以内。完成约65万网格生成后，通过Mesh Quality检查模块验证正交质量（Orthogonal Quality>0.15）、面网格增长率（<1.5）等指标，对诊断出的0.05%负体积单元采用Smooth工具进行局部重构。

本案例生成的网格在3°-15°攻角范围内均能稳定收敛，翼尖涡结构分辨率达到λ2准则的识别要求，为后续气动特性分析奠定了可靠的数值基础。

如需获得操作视频、几何模型文件、网格文件等，请购买并下载。