纵列式双旋翼直升机气动力和流场的数值模拟

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1、总第170期2012年第1期直升机技术HELICOPTERTECHNIQUETotalNo．170No．12012文章编号：1673-1220(2012)014)11-05纵列式双旋翼直升机气动力和流场的数值模拟王彩枫1，杨永飞1，林永峰1，黄明恪2(1．中国直升机设计研究所，江西景德镇333001；2．南京航空航天大学航空宇航学院，江苏南京210016)摘要纵列式双旋翼直升机的旋翼尾迹受前飞自由流、机身和旋翼之间的干扰影响，旋翼尾迹不仅影响机身的空气动力，也影响旋翼自身的空气动力特性。应用欧拉方程

2、与计算流体力学(CFD)方法，采用自适应非结构直角网格技术生成计算域网格，数值模拟纵列式双旋翼直升机全机流场，给出了考虑旋翼影响的机身表面压力分布以及全机流场特性。关键词纵列式双旋翼；CFD分析；数值模拟；流场中图分类号：V211．52文献标识码：ANumericalSimulationsfortheFlowFieldandforTandemRotorsHelicopterWANGCaifen91，YANGYongfeil，LINGYongfen91，HUANGMingke2(1．ChinaHeli

3、copterResearchandDevelopmentInstitute，Jingdezhen333001，China；2．CollegeofAerospaceEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)AbstractTheaerodynamicsoffuselageandrotorweredisturbedbyrotorwakebecausethestronginteractionb

4、etweenrotorwakeandforwardairstreams．fuselageandrotor．AComputationalFluidDynamicsmethodbaseduponthesolutionofEulerequationandadaptedunstructuredgridwasusedforthenumericalsimulationfortheflowfieldoftandemrotorshelicopter．Thepressureoffuselageandrotorthru

5、st，helicopterflowfieldhavebeengiven．Keywordstandemrotors；CFD，numericalsimulations；aerodynamics；flowfield0引言纵列式直升机旋翼的尾迹受前飞自由流、机身和旋翼之间的干扰影响，旋翼尾迹不仅影响机身的空气动力，也影响旋翼自身的空气动力特性。因此，旋翼之间以及旋翼和机身的相互干扰一直是直升机空气动力学中的重要课题。经典的旋翼涡流理论，无论是固定尾迹还是自由尾迹模型，都不能考虑机身的影响，因为它们都是以无旋

6、位流理论为基础，用线涡系来模拟尾迹。欧拉方程是精确的无粘气体动力学方程组，可以模拟有旋流动。用欧拉方程计算无需专门考虑翼面后的尾迹旋涡，它们会自动地包含在计算结果之中。对直升机来说，能比较容易地考虑旋翼之间以及旋翼和机身的相互干扰。收稿日期：2011-09，30作者简介：王彩枫(1979一)，男，安徽和县人，硕士，工程师，主要研究方向：直升机空气动力学。12·直升机技术总第170期本文应用计算流体力学(CFD)方法，采用自适应非结构直角网格和欧拉方程计算双旋翼直升机全机绕流。直升机绕流多为非定常流，

7、但是，如果采用非定常来处理，计算时间很长，难以在工程上应用。本文采用的方法是对直升机桨盘平面进行时间和空间的平均”⋯，从而将非定常问题转化为定常问题。将桨盘平面看作是气流可穿透的压力不连续面”】，采用CFD方法计算流场。由计算得到的桨盘平面位置的流动速度，再用叶素理论计算作用在旋翼上的气动力，然后将旋翼上的气动力进行时间和空间的平均，转化为桨盘平面上的压力差，再转回到CFD计算，从而构成迭代循环(见图1)。1网格生成圈1计算漉程田以某一种重型纵列式直升机模型为例，说明网格生成方法。网格生成时将直升机

8、的几何外形表面划分为许许多多的三角形，并认为直升机表面的三角形为平面。确定流场计算区域，构成较粗的第一层直角网格。找出与物面相碰的单元，将相碰的单元及其邻居单元等分为八个单元，如此形成第二层加密网格。再对第二层网格做上述自适应加密，形成第三层加密网格。继续上述过程，从而生成空间白适应八叉树非结构直角网格。将上面生成的靠近物面的网格进行最后的光顺，形成最终的贴体非结构网格(见图2)。圈2纵列式直升机的最终表面网格2基于欧拉方程的CFD分析方法1)数学模型欧拉方程是无粘气