地面效应中垂直起降状态旋翼的气动特性计算

《地面效应中垂直起降状态旋翼的气动特性计算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第46卷第3期2014年6月南京航JournalofNanjing空航天大学UniversityofAeronautics学8乙A报StronaUtlcS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)V01．46No．3Jun．2014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CB

2、3D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：V211．52文献标志码：A文章编号：1005—2615(2014)03一043

3、3—10AerodynamicsCharacteristicsPredictionforAxialFlyingRotorinGroundEffectXi咒Ji，C^e挖RP咒Zin咒g，LiPn行(NationalKeyLaboratoryofRotorcraftAeromechanics，NanjingUniversityofAeronautics＆Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Anewtransientaer。dynamicsmodelisfoun

4、dedbasedontime—steppingfree—wakeandgroundpanelmodelsforrotorperformancepredictioninaxiaIflyingconditioningroundeffect．A3rd—orderCB3Dschemeisusedtoimprovethecalculationstabilityandefficiencyofwakegeometry．Thepredic—tionrevealsthatCB3Dschemecaninhibitthenume

5、ricalerrorscausedbygroundeffectivelyandgetamoretruthfulwakegeometry．A”constantvolumerectification”methodisalsoincorporatedintothemodeltorectifythewakevorticesfallingbelowthegroundunphysicallyintransientstate．Thepredictedresultofthenewmodeliscomparedwithexp

6、erimentaldatatovalidateitsaccuracy．Thentheaerody—namicscharacteristicsofrotorinaxialflyingnearflatorinclinedgrounda士eanalyzed．Keywords：rotor；groundeffect；free—wake；unsteadyfhght；axialtaking—offandlanding当直升机旋翼的离地高度小于1倍旋翼直径时，旋翼流场和旋翼性能随飞行速度、高度的变化方式跟远离地面时相比有很

7、大差别，称之为地面效应(Ingroundeffect，IGE)。地面效应中的近地起降是直升机介于地面停驻和空中飞行之间的重要飞行状态，需要进行专门研究。对于旋翼IGE状态，国内外已进行了较多的理论和试验研究。早期的研究往往根据飞行数据[1]或固定尾迹模型[z1推导悬停旋翼性能与高度的关系式；随着计算机性能的加强，一些学者开始使用CFD模型计算旋翼流场[3q]。但受限于CFD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(CXLXl2一0166)资助项目；国防科技重点实验

8、室基金资助项目；江苏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：2014一03一07通信作者：陈仁良，男，教授，博士生导师，E—mail：crlae@nuaa．edu．cn。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熟。自由尾迹方法以离散涡描述旋翼流场，各涡元可随流场当地速度自由运动，相比于CFD方法其计算量大大减小且不会发生涡量的数值耗散问题。文