资源描述：
《悬停状态倾转翼机翼干扰流场及气动力cfd计算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、.悬停状态倾转翼机翼干扰流场及气动力CFD计算 在实际运用的数值模拟方法中,国内外均开展了一些卓有成效的工作[5-10]。Wagner采用涡流方法模拟了旋翼/机翼气动特性,着重分析了旋翼对机翼的影响,但未能充分考虑旋翼/机翼之间整体的耦合作用。Tadghighi等使用动量源方法来代表旋翼对流场的影响,初步研究了因倾转旋翼和机翼气动干扰而产生的“喷泉效应”现象,满足了一定的工程应用,但未能定量给出气动干扰的程度;国内方面,也已取得了一定的进展:李春华、徐恺[8-10]等分别使用涡方法和动量源方法较早开展了研究,得出了一些有意义的结论。尽管涡方法和动量源方法有着计算效率高且具
2、有一定分析精度的特点,但倾转旋翼有着的小展弦比(三维绕流特性强)和较大扭转角(气流分离明显)等特征,此时粘性有着显着的影响,基于势流假设的涡流方法和经过简化的动量源方法无法捕捉倾转旋翼/机翼附近的流动细节。相比之下,贴体格上采用N-S方程作为主控方程,可较充分考虑气流粘性影响,并能精确地捕捉到旋翼桨叶之间及旋翼/机翼之间的非定常干扰流场特性,这对进一步开展该型飞行器的气动干扰流动特性的分析具有重要作用。 对于完全CFD方法用于倾转旋翼/机翼流场的研究,国外公开发表的文献较少,主要有Meakin[11]、Potsdam[12]和Upender[13]等使用基于结构运动嵌套格的C
3、FD方法较好分析了悬停状态下的机翼气动力和倾转旋翼与机翼的干扰流场特性。但研究多集中在倾转旋翼流场特性的分析上面,关于旋翼/机翼干扰气动力及整体气动性能方面的研究开展较少。国内截至目前为止,公开发表的文献还没有针对倾转旋翼/机翼干扰流场及气动力采用完全CFD方法进行分析研究。由于倾转旋翼/机翼干扰流场的特殊性,使得完全CFD方法的运用遇到如下几个挑战性的难题:(1)大负扭转倾转旋翼与机翼之间的干扰流场三维格生成难度大;(2)倾转旋翼大负扭转引起的气流分离及倾转旋翼/机翼间的非定常气动特性模拟精度问题;(3)准确捕捉倾转旋翼/机翼间干扰的非定常气动特性计算效率问题等。 ...针
4、对上述这些问题,在课题组先前积累的旋翼非定常流场研究基础上[14-16],首先采用了一种结合并行技术的多层嵌套格方法,以雷诺平均N-S方程为控制方程并采用了能很好模拟气流分离的S-A湍流模型;过渡/背景格使用Euler方程作为控制方程来减少尾涡的耗散和提高计算效率。针对干扰流场的非定常特性模拟的问题,选用了双时间方法来进行时间推进。在方法研究基础上,开展了悬停状态下孤立旋翼和倾转旋翼/机翼气动特性的对比分析研究,获得了一些对高性能倾转旋翼机气动设计有指导价值的结论。 多层运动嵌套格生成方法 1.格系统构成 在格系统的建立方面,针对单块格很难同时满足运动旋翼和静止机翼两
5、种状态,本文采用了运动嵌套格方法。此外,为了能更加准确的模拟出旋翼/机翼流场干扰细节并提高格间的插值精度,本文在机翼上方的旋翼周围引入了过渡格,从而建立一套多层嵌套的格系统。在一定程度上减少了直接加密背景格可能带来的计算量问题。整套格由四部分组成:一是围绕旋翼的C-O型格,倾转旋翼根部扭转较大且采用的为厚翼型,为了保证格的正交性,本文在桨叶展向格分布时充分虑了桨叶厚度和扭转角的变化,对剖面格进行了合理的光顺作用。为了更好地模拟粘性效应,格点在桨叶前缘、后缘以及桨尖处进行了加密,其中桨叶法向第一层格距桨叶表面的距离为×10-5c(桨叶弦长),该格随旋翼一起运动。二是绕机翼的C-O型
6、格,格尺寸类似桨叶设置,但在靠近对称面的地方进行了闭合处理,以方便于对称边界条件的实施;三是旋翼格嵌套所处的静止过渡格,为了能准确模拟出干扰流场的特性和桨尖涡的空间运动,该处的格间距采用均匀尺寸为();四为背景格,此处采用均匀尺寸的间距,兼顾了计算效率和插值精度。整套格系统如图1所示。 2.多层运动嵌套方法 ...由于本文采用了新型的多层嵌套格系统,传统的嵌套方法已经很难满足,故在结合并行技术的基础上,采用改进的“透视图”法[16]来确定洞点和洞边界,并使用伴随桨叶的InverseMap方法进行洞边界单元的搜寻,发展了一套多层运动嵌套格方法。“透视图法”的基本原理是遍历部
7、件的表面格点,并计算其在所处嵌套格中对应的单元序号,然后通过该单元序号在背景格上重现其对应的桨叶形状。针对本文中所用的过渡/背景嵌套格为规则的笛卡尔格的特点,对桨叶/机翼/过渡格表面格点在嵌套格中查找方法进行了改进:对洞点的搜寻可以简化成三个方向上的一维搜索,并在可能出现不封闭洞点的位置处对挖洞单元表面进行了自适应加密,进而减少了内存的使用和消除了不连续洞点的产生。在进行倾转旋翼的洞边界单元所对应的贡献单元的搜索时,根据部件表面格分布特性对InverseMap分辨率进行优化,提高
