旋翼桨-涡干扰气动特性计算及参数影响研究

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1、第31卷2010矩第6期6月航空学报ACTAAERoNAUTlCAETASTRONAUTICASlNICAV01．31NO．6June2010文章编号：1000—6893(2010)06—1106—09旋翼桨一涡干扰气动特性计算及参数影响研究史勇杰，招启军，徐国华(南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家重点实验室，江苏南京210016)NumericalCalculationandParametricStudyofAerodynamicsofRotorBlade-vortexInteractionShiYongjie，ZhaoQijun，XuGuohua(NationalKeyLa

2、boratoryofRotorcraftAeromechanics，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)摘要：建立了一个适用于旋翼桨一涡干扰(BVI)气动特性分析的数值方法。在该方法中，控制方程采用惯性坐标系下的非定常Euler方程，以适合于分析BVI流场的特点；为便于前飞流场分区求解和信息传递，使用了嵌套网格方法；对于流场中涡线的模拟，建立了一种适用于有限体积格式的涡引入方法——广义网格速度法，以简化计算。应用上述方法对旋翼BVI流场进行了计算，并与可得到的试验数据进行对比，验证了方

3、法的有效性。通过对比桨叶弦向位置压强的变化得出，在旋翼BVI过程中，气动载荷主要来自桨叶10％弦长内的前缘部分的压强突变。文中还进一步分析了涡强、干扰距离和干扰角度对BVI气动特性的影响。本文的BVI数值计算表明：当涡接近桨叶前缘时，升力达到最大；而涡位于后缘位置时，诱导速度改变桨叶环量分布，破坏了后缘的库塔条件，但随着涡的远离，桨叶表面环量开始重构。关键词：桨一涡干扰；广义网格速度法；Euler方程；嵌套网格；旋翼；直升机中图分类号：V2儿．52文献标识码：AAbstract：Anumericalmethodformodelingtheaerodynamicsofblade-v

4、ortexinteraction(BVI)isdevelopedwhichadoptstheunsteadyEulerequationsininertialcoordinatesystemstOcapturethefeaturesoftherotorBVIflowandusestheoversetgridtechniquetOrealizemulti—gonesolutionandinformationexchangeinforwardflight．Toincorporatetheeffectofthevortexinthesolution，aneffectiveapproach

5、，calledthe“generalizedgrid—velocityapproach’’ispresentedtOsimplifycomputation．NumericalexamplesontherotorBVIflowfieldareperformedbythismethod，andacomparisonofthecalculatedresultswithavailableexperimentaldatademonstratsitsvalidity．Bycomparingthepressurevariationsforvariouschordlocations，itissh

6、ownthattheBVIloadingismainlycausedbythehighrateofchangeofthepressurewithin10％oftheleadingedge．Fur-thermore，additionalcalculationsarecarriedOuttOanalyzetheeffectofvortexstrength，missdistanceandin—teractionangleontheaerodynamiccharacteristicsofBVI．Thepresentinvestigationindicatesthatliftreaches

7、itsmaximumwhenthevortexpositionisslightlyupstreamoftheleadingedgeoftheairfoil，andthatthecircu—lationonthebladesurfacesuitableforthetrailing-edgeKuttaconditionisalteredbytheinducedvelocityofthevortexpassingthetrailingedge，butitstartstObere-est