校核、验证与确认在航空发动机气动仿真中的应用与挑战*

■ 周帅 汪丁顺 付琳 李义进 付强 刘魁 / 中国航发研究院

气动仿真的可信度目前还没达到与试验同等的水平，在航空发动机设计研发中扮演的仅仅是预研和趋势性分析的角色[1]。改变这一现状的关键就是提高气动仿真的可信度，而校核、验证与确认（VV&A）是进行仿真可信度评估的重要手段。

气动仿真的可信度一直受到高度重视。1992年，美国国家航空航天局(NASA)对计算流体力学（CFD）领域的投资高达1399.8万美元，涉及算法、网格生成和校核验证等。其中，校核验证模块占总投入的51%[2]，其重要性可见一斑。2014年，NASA经过大量调研分析，预测了CFD中大部分技术的未来发展趋势，总结出技术发展路线图（如图1所示），指出误差评估（数值误差和模型误差等）是未来15年的重点研究方向之一[3]。校核、验证与确认（VV&A）作为仿真可信度评估的重要方法，在近年来已被业界所关注，但大都是针对特定应用场景进行的离散研究，并未形成系统的CFD仿真VV&A理论与方法。笔者在总结归纳了国内外基于CFD的VV&A研究内容的基础上，在压气机气动仿真领域开展了初步的VV&A，以期能为后续航空发动机气动仿真可信度研究起到铺垫作用。

图1 CFD技术发展路线图[3]

图2 模型间的逻辑关系以及校核、验证示意

VV&A概述

在校核、验证与确认（VV&A）中，校核是指在建模过程中，判定由概念模型到计算模型的转化是否正确；验证是从仿真应用目的出发，考查计算模型在其作用域内是否准确地代表了概念模型；确认是在校核和验证的基础上，最终确定仿真系统相对于某一特定应用是否可接受。……