短舱对螺旋桨滑流影响的IDDES数值模拟.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAslrOnautlcaSinicaJun252016V01．37YNo．61851-1860ISSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaaedu．cahkxb@buaaedu．ca短舱对螺旋桨滑流影响的IDDES数值模拟陈荣钱，王旭，尤延铖*厦门大学航空航天学院，厦门361005摘要：基于非结构重叠网格技术，对短舱与螺旋桨滑流间的相互作用进行了非定常数值模拟研究。为了更好地捕捉螺旋桨尾涡的细节信息，计算采用基于Spalart—Allmaras模型的改进延迟脱体涡模拟(IDDES)方法，并在非定常计算过程

2、中运用网格自适应技术以提高流场特征的空间分辨率。研究结果表明：IDDES方法获得的拉力系数计算值与实验值吻合良好，短舱的存在会增大螺旋桨的拉力系数；短舱对螺旋桨桨毂涡的结构影响较大，但对桨尖涡的螺旋结构影响较小；对单独螺旋桨算例来说，桨尖涡与桨毂涡的失稳发展过程都具有周期性，且在有／无短舱情况下桨尖涡的失稳位置相同，失稳后桨尖涡之间配对融合过程一致，从而说明桨毂涡对桨尖涡的失稳没有影响。关键词：螺旋桨；短舱；滑流；改进延迟脱体涡模拟；尾涡中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)06—1851—10螺旋桨飞机具有耗油低、拉力大等优点，在支线客机

3、和军用运输机等领域占有重要地位。然而螺旋桨旋转产生的滑流现象非常复杂，气流经过螺旋桨后旋转加速，并且具备复杂的湍流特征，这使得螺旋桨滑流问题成为螺旋桨研究的难点n。2]。对于螺旋桨飞机，由于螺旋桨滑流与飞机部件之间的相互干扰更加复杂，且多对飞机的气动性能有重大影响，因此研究螺旋桨滑流与飞机部件之间的气动干扰对螺旋桨飞机的气动设计至关重要。关于螺旋桨滑流的研究，国内外主要针对单独螺旋桨的滑流采用理论分析、计算流体力学(CFD)数值模拟和实验等手段进行研究，取得了一定成果。Lugt和Flow[31以及Okulov等[4。朝通过理论研究表明，螺旋桨涡的稳定性是桨尖涡、桨毂涡以及桨叶尾缘

4、脱出来的涡相互作用的结果，而且螺旋桨涡不稳定性的起点位置依赖于涡与涡之间的距离。Muscari等[6。70通过数值模拟发现脱体涡模拟(DetachedEddySimulation，DES)模型可以长距离追踪螺旋桨的尾涡结构，并且能够准确预测涡的不稳定起始位置。Felli等口]通过实验研究发现桨尖涡和桨毂涡的不稳定性可能存在着因果关系，认为桨尖涡的不稳定会引起桨毂涡的不稳定。然而目前关于螺旋桨尾涡的发展演化、失稳破碎以及桨尖涡和桨毂涡之间的相互作用等问题仍然未得到解决，亟需进一步开展研究。随着螺旋桨飞机设计的需要，国内外研究人员针对螺旋桨滑流与飞机部件之间的干扰进一步开展研究。国外

5、，法国航空航天研究院(0NERA)[91采用滑移网格的方法研究了螺旋桨滑流对机翼和短舱的影响，指出非定常气动干扰收稿日期：2015-09-11；退修日期：2015—11．24；录用日期：2015-12—18；网络出版时间：2016—01—2516：38网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／111929V201601251638004htmI基金项目：航空科学基金(20155768007)；中央高校基本科研业务费专项资金(20720140540，2013121019)；福建省高校产学研重大课题(2015H6023)*通讯作者Tel：0592—2186849

6、E-mail：yancheng．you@xmu，edu，Crl弓

7、搠格式

8、睬荣钱．I旭．光廷钺．短舱对螵旋桨滑流影响的IDDES数值模搬i如．航空学报．2016．37(6)：1851—1860．CHENRQ．WANGX．YOUYCNumericalsimulationofnacelle’SeffectsonpropellerslipstreambasedOnIDDESmode／[J2ActaAeronauti—caetAstronauticaSinica。2016。37t6)：1851—1860j航空学报Jun．252016VoI．37No．6对机翼和短舱附近的跨声速气流的发展具

9、有重要影响；德国宇航中心(DLR)Nodl]分别采用粒子图像测速(PIV)实验和基于重叠网格的非定常数值模拟方法研究了螺旋桨滑流流过机身的发展过程，以及螺旋桨滑流对机翼的气动力和力矩的影响。国内，许和勇等[】21采用基于非结构重叠网格方法研究了螺旋桨与机身的气动干扰；李博等[13]采用等效盘模型研究了螺旋桨滑流对涡桨飞机气动力的影响；夏贞锋和杨永[14]采用动态面搭接网格方法研究了螺旋桨滑流与机翼之间的气动干扰对机翼和螺旋桨气动力和力矩的影响；乔宇航等[153采用滑移网格方法研究