地面效应中垂直起降状态旋翼的气动特性计算-论文.pdf

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1、第46卷第3期南京航空航天大学学报Vo1．46No．32014年6月JournalofNanjingUniversityofAeronautics＆AstronauticsJun．2014地面效应中垂直起降状态旋翼的气动特性计算辛冀陈仁良李攀(南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室，南京，210016)摘要：基于时间步进自由尾迹和地面面元模型，构建了一种新的非定常空气动力学模型，用于计算有地效垂直飞行状态下的旋翼气动性能。为提高瞬态尾迹结构的求解稳定性和计算速度，本文使用了精度阶数更高的显式CB3D格式。计算证实，该格式能有效控制地面干扰所产生的数值误差，得到的尾迹结构也更符合物理

2、实际。同时引入一种适用于非定常状态的“等体积修正”方法，以对计算中容易出现的涡线落入地面下方的非物理现象进行修正。在有地效状态下，将新构建模型的计算结果同试验数据进行了对比，验证了模型的准确性。进而计算了平面与斜面上有地效垂直起降状态下旋翼气动特性的变化特点，分析了其影响因素。关键词：旋翼；地面效应；自由尾迹；非定常飞行；垂直起降中图分类号：V2l1．52文献标志码：A文章编号：1005-2615(2014)03—0433—10AerodynamicsCharacteristicsPredictionforAxialFlyingRotorinGroundEffectXji。ChenRenli

3、ang，LiPan(NationalKeyLaboratoryofRotorcraftAeromechanics，NanjingUniversityofAeronautics＆Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Anewtransientaerodynamicsmodelisfoundedbasedontime～steppingfree—wakeandgroundpanelmodelsforrotorperformancepredictioninaxialflyingconditioningroundeffect．A3rd—orderCB3D

4、schemeisusedtoimprovethecalculationstabilityandefficiencyofwakegeometry．Thepredic—tionrevealsthatCB3Dschemecaninhibitthenumericalerrorscausedbygroundeffectivelyandgetamoretruthfulwakegeometry．A”constantvolumerectcation，methodisalsoincorporatedintothemodeltorectifythewakevorticesfallingbelowthegroun

5、dunphysicallyintransientstate．Thepredictedresultofthenewmodeliscomparedwithexperimentaldatatovalidateitsaccuracy．Thentheaerody—namicscharacteristicsofrotorinaxialflyingnearflatorinclinedgroundareanalyzed．Keywords：rotor；groundeffect；free—wake；unsteadyflight；axialtaking-offandlanding当直升机旋翼的离地高度小于1倍旋翼

6、直径对于旋翼IGE状态，国内外已进行了较多的时，旋翼流场和旋翼性能随飞行速度、高度的变化理论和试验研究。早期的研究往往根据飞行数方式跟远离地面时相比有很大差别，称之为地面效据_1或固定尾迹模型_2推导悬停旋翼性能与高度应(Ingroundeffect，IGE)。地面效应中的近地起的关系式；随着计算机性能的加强，一些学者开始降是直升机介于地面停驻和空中飞行之间的重要使用CFD模型计算旋翼流场L3]。但受限于CFD飞行状态，需要进行专门研究。固有的远场涡量数值耗散和较长的计算时间，用基金项目：江苏省普通高校研究生科研创新计划(CXLX12—0166)资助项目；国防科技重点实验室基金资助项目；江苏

7、省高校优势学科建设工程资助项目。收稿日期：2013～12—24；修订日期：2014—03—07通信作者：陈仁良，男，教授，博士生导师，E-mail：crlae@nuaa．edu．CD。434南京航空航天大学学报第46卷CFD方法求解复杂的IGE状态旋翼流场还不成叶进行建模。如图1所示，图中，表示桨叶所处熟。自由尾迹方法以离散涡描述旋翼流场，各涡元方位角；表示尾迹涡线的寿命角。△表示对桨可随流场当地速度自由运动