基于嵌套网格技术和多种空间离散格式的旋翼流场数值模拟

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1、第43卷第3期2011年6月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics8LAstronauticsV01．43No．3Jun．2011基于嵌套网格技术和多种空间离散格式的旋翼流场数值模拟赵明曹义华(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京，100191)摘要：给出了三雏Euler／N—S方程数值模拟悬停状态旋翼流场的方法和模型。在空问离散方法上分别采用Jame-son中心差分格式、vanLeer矢通量分裂格式、AUSM格式3种方法，同时加入

2、了VanAlbada限制嚣，并应用了嵌套网格方法。文中采用Hole—Map方法来确定洞边界，采用Inverse—Map方法来搜寻贡献单元。最后给出了旋翼桨叶表面压力分布的计算结果，并与实验数据进行了对比，证明以上3种空间离散格式在旋翼流场计算中的准确性。关键词：旋翼流场；计算流体力学；嵌套网格；有限体积法中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1005—2615(2011)03—0335—06NumericalSimulationofRotorFlowfieldBasedonOverse

3、tGridsandSeveralSpatialDiscretisationSchemesZhaoMing，CaoYihua(SchoolofAeronauticalScienceandEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing，100191，China)Abstract：Anumericalmethodbasedonsolutionsof3一DEuler／N—Sequationsisusedforcalcul

4、atingtherotorflowfieldinhover．Jamesoncentralscheme，VanLeerschemeandAUSMschemeareimplementedforspatialdiscretisation，andVanAlbadalimiterisalsoapplied．Simultaneously，oversetgridsareadopted．Hole—Mapmethodisutilizedtoidentifyintergridboundarypoints(IGBPs

5、)．Furthermore，aim—ingatidentificationissueofdonorelements，Inverse—Mapmethodisimplemented．Finally，bladesurfacepressuredistributionsderivedfromnumericalsimulationarevalidatedcomparedwiththeexperimentaldata．Resultsshowthatalltheschemesmentionedabovecana

6、ccuratelysimulatetherotorflowfield．Keywords：rotorflowfield；computationalfluiddynamics；oversetgrids；finitevolumemethod旋翼计算流体力学是直升机空气动力学的一个重要研究方向[1】。由于旋翼几何结构复杂，旋翼桨叶之间存在相对运动，嵌套网格技术在旋翼计算流体力学中得到了比较广泛的应用[z-s]。文献C2]采用了由动量理论导出的远场边界条件和结合旋翼自由尾迹分析方法构造的翼面边界条件，给出

7、了三维Euler方程数值模拟悬停状态旋翼流场的方法。在文献[33中，作者通过求解N—S方程数值模拟了直升机旋翼前飞非定常流场，在嵌套网格系统中采用过渡网格以简化对相对运动的处理。文献[4]发展了一种基于线性弹簧理论的非结构动态嵌套网格方法来处理旋翼的挥舞和变距运动。在文献[5]中，作者利用嵌套网格技术模拟了前飞状态下旋翼的流场，并且利用流动显示技术研究了桨涡干扰等现象，同时把计算得到的叶片载荷和实验数据进行了比较。本文采用有限体积法，使用Euler／N—S方程对悬停旋翼的流场进行数值求解，将参考

8、坐标系固接于旋转桨叶上，给出以绝对物理量为参数的Eu—ler／N—S方程，以简化远场边界条件。在空间离散的格式方面，Jameson中心差分格式[63在旋翼流场的计算中得到了广泛的应用[2】。在收稿日期：2010—11—16；修订日期：2011—03—23通讯作者：曹义华，男，教授，博士生导师，1962年生，E—mail：yihuacaobu@126．corn。336南京航空航天大学学报第43卷最近的文献中．其他格式也开始在旋翼流场计算中得到应用。例如在文献[5]中，作者采用Roe格式进行空间离散