高空验证：PowerFLOW 如何赢得航空航天与国防工业的信赖

在航空航天工程领域，验证是核心价值所在。通过美国航空航天学会高升力预测研讨会系列，以及与美国国家航空航天局长达 15 年的机身噪声合作研究，Exa 公司的高速格子玻尔兹曼方法求解器证明了其能够处理传统计算流体力学无法解决的流动问题。

一种全新的仿真方法要在航空航天与国防工业中树立可信度，唯有一条严苛路径：在行业最严苛的评审专家面前，针对行业面临的关键挑战问题，基于实验数据开展公开测试。

美国航空航天学会高升力预测研讨会

在航空航天计算流体力学所有基准测试挑战中，高升力气动特性是难度最高的领域之一。当飞机在起飞和着陆阶段展开襟翼与缝翼时，机翼几何形状变得高度复杂 —— 多重重叠曲面被狭窄间隙分隔，每个曲面都会产生各自的湍流尾流并与其他尾流相互作用。此类流动存在大规模分离、高度非定常的特征，且对几何细节极为敏感。长期以来，基于雷诺平均纳维 - 斯托克斯方法的传统求解器在此类工况下表现不佳，计算得到的流动结构与最大升力预测结果通常与风洞实验数据吻合度较差。

PowerFLOW 在临近失速的高升力机翼周围模拟出的复杂流动结构。

美国航空航天学会高升力预测研讨会系列的设立初衷，正是为了暴露这些短板，并推动整个计算流体力学领域的技术进步。各届研讨会会针对公开的标准高升力构型（如着陆构型的通用研究模型），在达到及超过失速的迎角下开展求解器测试，该迎角区间是飞机适航认证边界的核心判定区间。

PowerFLOW 自 2010 年首届高升力预测研讨会起便持续参与，在研讨会专门设定的严苛工况下，始终展现出优于雷诺平均纳维 - 斯托克斯方法的表现，在全迎角范围内均可精准预测升力、阻力与表面压力。尤为关键的是，该方法能够高保真地处理缝翼、主翼段与襟翼之间复杂的间隙流动，精准捕捉决定最大升力的流动分离起始与发展过程。最重要的是，对机翼表面流动结构的细致对比显示，二者吻合度极高，这证明 PowerFLOW 并非仅能正确预测阻力与升力数值，而是通过精准模拟真实的空气流动物理规律，得出这些积分参数 [1][2]。

第四届高升力预测研讨会中，通用研究模型在临近失速状态下的高升力气动特性预测精度验证：风洞实验测量的表面流线（左图）、PowerFLOW 预测结果（右图），关键流动区域以黄色标注。

在参与高升力预测研讨会的同时，Exa 公司还参与了其他研讨会系列：美国航空航天学会阻力预测研讨会系列，PowerFLOW 在该研讨会中精准预测了跨声速巡航阻力，更令人瞩目的是，其成功捕捉到跨声速抖振起始现象 —— 这一由激波诱导的非定常分离现象决定了可用飞行包线的上限，而雷诺平均纳维 - 斯托克斯工具往往无法准确预测该现象 [3]。此外，美国航空航天学会推进气动研讨会系列针对军用喷气推进进气道（通常为存在复杂流动分离的 S 型进气道）开展计算流体力学能力验证，PowerFLOW 的非定常仿真结果再次优于主流的雷诺平均纳维 - 斯托克斯方法。

与美国国家航空航天局（NASA） 15 年的机身噪声合作研究

Exa 公司（后续并入 SIMULIA 品牌）验证格子玻尔兹曼技术的另一核心战略举措，是与美国国家航空航天局开展长达 15 年的机身噪声合作研究 [4][5]。从简化的起落架、湾流公务机缩比模型，到全尺寸大型商用飞机仿真，PowerFLOW 均经过美国国家航空航天局系统性验证，并与详细的风洞与飞行测试测量数据开展机身噪声全维度对标。这解决了民用与军用航空领域的一项关键问题 —— 社区噪声水平适航认证。数十年来涡扇发动机技术不断进步，飞机发动机噪声持续降低，如今现代飞机的社区噪声主要来源已变为机身部件产生的噪声 —— 进近阶段的起落架、机翼襟翼与缝翼。要满足未来法规中的噪声指标要求，需要在部件层级理解并降低噪声，而 PowerFLOW 被证明是适配该挑战的独特工具。

PowerFLOW 仿真得到的机身噪声主要来源。

双方的合作持续深化拓展，当前研究正通过仿真推动行业范式变革，让基于物理的虚拟认证成为飞行测试的补充手段。

2017 年达索系统收购 Exa 公司后，PowerFLOW 被集成至 3DEXPERIENCE 平台的 SIMULIA 品牌中 —— 打造出基于同一动力学理论基础的多物理场仿真套件，直接面向航空航天与国防市场最具挑战性的仿真需求。

详细了解PowerFLOW发展史：https://www.ict.com.cn/3DS/3762.html

如需了解这些技术成果的实际应用，可参与斯文・诺尔廷于 2026 年 6 月 2 日举办的线上研讨会：《借助先进计算流体力学仿真优化国防航空装备的性能、稳定性与鲁棒性》。本次会议将探讨基于格子玻尔兹曼方法的计算流体力学如何支撑国防飞机、无人机、导弹与运载器的高速非定常流动及振动分析。

参考文献

[1] 科尼希、法雷斯、诺尔廷。美国国家航空航天局梯形机翼模型的全解析格子玻尔兹曼仿真。美国航空航天学会论文 2013-3176.

[2] 本尼迪克特・科尼希、法雷斯、村山、伊藤。第三届美国航空航天学会高升力预测研讨会 PowerFLOW 仿真研究。美国航空航天学会论文 2018-1255.

[3] 法雷斯等。基于格子玻尔兹曼方法的跨声速抖振仿真。美国航空航天学会论文 2018-1420.

[4] 霍拉米、米内克。全尺寸飞机机身噪声预测探索：格子玻尔兹曼仿真。美国航空航天学会论文 2015-2993.

[5] 捷克、布鲁什尼亚克、霍拉米、法雷斯、科尼希。波音 777 机身噪声飞行测试数据与数值仿真对比。美国航空航天学会论文 2021-2162.