1. 案例说明
本案例模拟再入舱返回时其外部的高超声速流动问题。使用Fluent和GoCart两款计算结果与PiFlow进行对比分析。
Fluent软件使用SST k-omega湍流模型进行模拟；Gocart和PiFlow软件同是笛卡尔网格求解欧拉无粘方程进行模拟。再入舱几何模型如图1所示。计算工况如表一所示。
图1 再入舱几何模型展示
表一 再入舱计算条件
来流马赫数
17
飞行高度
50Km
来流温度
250K
来流压力
25Pa
攻角
-25°
侧滑角
0°
备注：参考面积和参考长度均为1，力矩中心（0，0，0）
2. 计算网格
再入舱是轴对称模型，计算使用半模进行分析减少计算资源损耗：
Fluent计算网格如图2所示；
GoCart计算网格如图3所示50万网格量；
PiFlow计算网格如图4所示62万网格量。
图2 Fluent
图3 GoCart
图4 PiFlow
3. 计算结果分析
三个软件分析后统计的气动力结果，如表二所示：
表二 气动力统计表
软件
升力
阻力
俯仰力矩
Fluent
7459.0016
26867.0394
1.9366
GoCart
7576.977
25881.96
1.8655
PiFlow
7606
25408
1.8295
再入舱表面压力
对称位置表里压力曲线
气动力结果分析：
假定以Fluent计算结果为标准（计算考虑了粘性和温度），GoCart气动升力误差1.58%，阻力误差3.67%；PiFlow气动升力误差1.97%，阻力误差5.43%。
根据气动力数据和物面压力曲线来看， GoCart与PiFlow软件计算气动力误差在10%以内，满足验收标准。
马赫数云图
压力云图
X方向速度分布
Gocart
以Fluent计算结果为标准，三个软件压力场结果基本一致，马赫数分布趋势基本一致。
在分离位置考虑了有粘和无粘的差异性，Piflow 无粘计算X方向速度场在分离位置速度有波动，但与GoCart计算的X方向速度趋势一致，考虑为无粘计算在气流分离位置分析的正常现象。
4. 结论
本高超案例分析表明PiFlow计算优势为网格自动化程度高，高超音速计算稳定收敛，在GPU加速加持下100万左右网格量10分钟左右可以计算收敛，方便快捷获取气动力结果，对于武器初始阶段方案选型有很大帮助。
同时，PiFlow软件适用于高超音速下多体分离计算，例如导弹级间分离、高速导弹的冲亚发动机抛罩等。
