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《基于自由尾迹和升力面方法的双旋翼悬停气动干扰计算》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25卷第3期空气动力学学报Vol.25,No.32007年09月ACTAAERODYNAMICASINICASep.,2007文章编号:025821825(2007)0320390206基于自由尾迹和升力面方法的双旋翼悬停气动干扰计算黄水林,李春华,徐国华(南京航空航天大学,江苏南京210016)摘要:建立了一个同时适合于共轴式、横列式及纵列式直升机双旋翼气动干扰分析的计算方法。在该方法中,为更好地模拟气动干扰特性及桨尖三维效应,桨叶模型采用了升力面P涡格法,尾迹则使用畸变的自由尾迹模型。通过旋翼下洗速度的计算值与可得到的实验值对比,验证了计算方法的有效性。应用该方法,以
2、横列、共轴、纵列式双旋翼为例,分别计算了悬停状态双旋翼的尾迹特性及诱导速度变化,给出了部分尾迹边界,并对计算结果进行了分析。最后,给出了几点结论。关键词:直升机;双旋翼;气动干扰;自由尾迹中X图分类号:V211.52文献标识码:A研究尤其是理论研究还不很深入。0引言鉴于共轴、横列、纵列式双旋翼的气动干扰问题双旋翼气动干扰问题是直升机空气动力学的研可归结为空间两副旋翼在不同位置和气动环境下的究难点之一。对于共轴式、横列式及纵列式旋翼飞行相互作用的流场计算问题,本文建立一个统一的适合器而言,两副旋翼所导致的诱导速度场变化并非单旋于各种双旋翼气动干扰的计算模型。桨叶气动模型翼的简
3、单叠加。比如,纵列式直升机,两旋翼间有一基于升力面P涡格法模型,以更好地计入干扰所引起定的交叠面积,这就使得后方的旋翼很容易处在前方的当地诱速和迎角变化,以及桨尖三维效应;尾迹模旋翼的尾迹之中,两旋翼尾迹互相缠绕,其桨叶气动型则采用畸变的自由尾迹模型,以更好地模拟旋翼本特性相对于单旋翼会发生较大的变化;对于结构紧身的诱导作用及另一旋翼的干扰影响。凑、相互靠近的共轴双旋翼来说,旋翼之间流场的相1计算模型互干扰及耦合更严重,在某些状态下,这种干扰特性对流场的影响是决定性的。因此,建立一个准确的双1.1坐标系旋翼气动干扰特性分析模型是很重要的。本文建立的模型主要涉及以下一些坐标系
4、:旋翼过去,对共轴式、横列式、纵列式等双旋翼飞行器桨毂坐标系(SF)、旋转坐标系(RF)、桨叶挥舞坐标系已进行了不少研究。在文献[1]中,Coleman对共轴双(FF)、桨叶变距坐标系(BF),如图1所示。旋翼气动研究进行了较全面的综述,文献[2]中,Har2这些坐标系之间的转换关系如下式:ris在描述了双旋翼飞行器在理论和实验研究方面的xs2xs1xd进展后,给出了一个在任意旋翼交叠面积下的双旋翼ys2=ys1-yd悬停性能的工程计算方法;Leishman、Bagai、Griffith等zs2zs1zd人则建立了自由涡尾迹方法来计算共轴、纵列式双旋翼的尾迹几何特性[3,4
5、]。国内近年来也开展了一些双xscosΨ0-sinΨ00xr旋翼气动特性的研究(例如文献5～9),且主要针对ys=sinΨ0cosΨ00yr于共轴式双旋翼和倾转双旋翼。但由于问题的复杂zs001zr性,无论是国内还是国外,对双旋翼干扰气动特性的X收稿日期:2006203221;修订日期:2006206210.作者简介:黄水林(19782),男,博士生,主要从事直升机空气动力学的研究.第3期黄水林等:基于自由尾迹和升力面方法的双旋翼悬停气动干扰计算391(a)SF(b)RF(c)FF(d)BF图1坐标系及相互关系示意图Fig.1Sketchofrotorcoordinates
6、ystemsxrcosβ0-sinβxf卷起为单根的桨尖涡线。将整个尾迹分为近尾迹和yr=010yf远尾迹两部分:近尾迹由桨叶尾随涡构成,下接远尾zrsinβ0cosβzf迹;远尾迹与近尾迹相连,向下游延伸,由卷起的桨尖[10]涡构成,卷起位置按Betz规则确定。远尾迹在求xf100xb解中是完全自由的。yf=0cosθ-sinθyb(1)zf0sinθcosθzb1.3自由尾迹模型其中,(xd,yd,zd)为第二副旋翼的桨毂中心在第一副[11]自由尾迹涡线的控制可写为:旋翼坐标系中的位置。5r(Ψ,ζ)5r(Ψ,ζ)1+={V∞+Vind(r(Ψ,ζ))}5Ψ5ζΩ1.2
7、桨叶气动模型(3)桨叶气动模型大多采用升力线理论来模拟,尽管其中,r是流场中的涡线节点的位置矢量,V∞和Vind升力线方法的计算效率高,但当桨叶平面形状非矩形分别为自由流速度和诱导速度。时,尤其是大扭转、大尖削的旋翼,如倾转旋翼,采用为了对涡线控制方程数值求解,首先对控制方程升力线方法不能很好地计入复杂的三维影响和桨尖进行离散。如图3所示,用五点中心差分方法来离散效应。为此,本文采用了桨叶升力面P涡格法模型。11控制方程,即以(i-,j-)点的一阶差分项来近沿桨叶中弦面的展向和弦向划分计算网格,如图222所示,沿网
