地面效应下倾转旋翼机气动干扰的cfd分析

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1、中图分类号：V211.52论文编号：102870118-S166学科分类号：082501硕士学位论文地面效应下倾转旋翼机气动干扰的CFD分析研究生姓名蒋霜学科、专业飞行器设计研究方向直升机空气动力学指导教师招启军教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringCFDAnalysesontheAerodynamicInteractionFlowfieldo

2、fTiltrotorAircraftinGroundEffectAThesisinFlightVehicleDesignbyJiangShuangAdvisedbyProfessorZhaoQijunSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，

3、也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要倾转旋翼机由于结合了传统直升机与固定翼飞行器的优势，即传统直升机的垂直起降、空中悬停能力和固定翼飞行器的高速巡航能力，使其在军用与民用方面均有广泛的用途。但是，由于倾转旋翼机的设计折衷了传统直升机和固定翼飞行器，因此其干扰流场相比二者更加复杂。与此同时，

4、近地飞行作为执行任务不可避免的过程，由于地面的阻塞作用，倾转旋翼机的流场将发生显著变化。因此，进行倾转旋翼机机身/旋翼/地面之间的干扰流场研究具有重要的理论价值以及实际应用意义。本文通过对网格生成方法研究，采用动量源项模拟旋翼对流场的作用，同时又适用于倾转旋翼机贴地飞行干扰流场研究，发展了一套兼顾精度与效率的CFD数值模拟方法。应用该方法，对不同前进比与离地高度等参数下的倾转旋翼机与地面干扰流场进行数值模拟，探索干扰流场特性，获得一些新结论。本文的研究内容主要包括以下几个方面：第一章，首先介绍了倾转旋翼机地面效应现象的独特性以及国内外关于

5、倾转旋翼机干扰流场的研究现状和难点，阐述了动量源方法的研究进展和针对倾转旋翼机与地面干扰流场模拟的发展现状，提出了本文采用的主要研究方法和研究思路。第二章，建立可用于地面效应下倾转旋翼机干扰流场模拟的网格系统。首先通过对比各种网格的优缺点，选定非结构混合网格为本文采用的网格技术。为了提高计算精度并减少计算时间，采用的网格系统为在机身附近生成三棱柱附面层网格，其他区域采用四面体网格进行生成，并根据计算需要，划分出密网格区和疏网格区，同时对于桨盘附近以及地面附近的网格进行加密，以捕捉旋翼和地面附近的流场特征。引入笛卡尔背景网格系统，实现对动量

6、源项贡献单元的高效搜索。第三章，以N-S方程为主控方程，采用Jameson二阶中心差分格式进行空间离散，使用五步Runge-Kutta迭代方法进行时间推进，采用Spalart-Allmaras湍流模型以模拟机身附近的粘性效应，其中旋翼对流场的作用采用动量源项模拟。耦合BEMT、SRMS气动模型和Newton迭代法建立适用于倾转旋翼气动特性分析的气动力匹配方法，并对不同前进比状态下进行验证。采用本文建立的方法进行不同的算例验证，主要针对孤立旋翼和孤立机身的干扰流场进行数值模拟，验证了本文CFD方法的有效性。第四章，针对悬停状态下倾转旋翼机与

7、地面之间的干扰现象进行了数值模拟。并选取了离地高度、旋翼/机翼间距、机翼构型等参数作为研究对象，对不同状态下的倾转旋翼机干扰流场进行模拟，分析离地高度、旋翼/机翼间距等参数对流场特性的影响，揭示悬停状态下倾转旋翼机/地面干扰规律，得出一些结论。第五章，对小速度前飞状态下倾转旋翼与地面干扰以及倾转旋翼机与地面之间的干扰现象I地面效应下倾转旋翼机气动干扰的CFD分析进行研究，对不同前飞速度下倾转旋翼机流场进行CFD模拟，分析前进比对流场的影响，重点关注地面涡的生成与变化过程。进一步对不同离地高度、旋翼/机翼间距、襟翼角度等参数下的流场特性进行

8、计算，分析各个参数对倾转旋翼机与地面干扰流场的影响，总结出贴地飞行流场的特点。关键词：倾转旋翼机，地面效应，非结构混合网格，Navier-Stokes方程，动量源方法，参数影响，流场分析II南