微型飞行器桨翼气动干扰的数值模拟

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1、第42卷第2期航空计算技术V01．42No．22012年3月AeronauticalComputingTechniqueMar．2012微型飞行器桨翼气动干扰的数值模拟邓双厚，昂海松，肖天航，蔡红明(南京航空航天大学航空宇航学院，江苏南京210016)摘要：对某一固定翼微型飞行器进行了桨翼气动干扰数值模拟研究。采用作用盘理论模拟真实桨盘的工作状态，通过时间平均稳态处理将非定常流场简化为准定常流场计算。利用FLUENT的用户自定义函数UDF实现作用盘前后压力、速度的变化。通过与无滑流影响下单独机身数值计算结果的比较，结果

2、显示螺旋桨滑流廷缓了机体上表面的气流分离，增强气流再附着能力，飞机的失速迎角增加2。，升力、阻力、俯仰力矩系数增加2％一5％，升阻比减小2％一3％。关键词：微型飞行器：桨翼气动干扰；数值模拟；作用盘；UDF’中图分类号：V21l文献标识码：A文章编号：1671．654X(2012)02．0020．04NumericalSimulationofPropeller—wingInteractiononMAVDENGShuang-hou，ANGHai—song，XIAOTian—hang，CAIHong—ming(Colleg

3、eofAerospaceEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：AcomputationalstudyhasbeenperformedontheaerodynamicinfluenceofatracerpropellerinstalledonaMAV(microairvehicle)．AnActuatorDiskmodelofapropellerwhichemploysuniformpr

4、essurejumpandvelocitiesdifferenceshasbeendevelopedtosimulaterealpropellem，hence，theinher-enflyunsteadyflowcanbesimplifiedintoaquasi-steadyone．FLUENT，acommercialCFDtool，hasbeenusedtoinvestigatetheflowaroundalow．aspect．ratioMAVwithUDF(users’definedfunction)．Com．pa

5、redwithaclearMAV，thepropusioneffecthasbeenobservedtoretardtheflowseparationontheuppersurfaceby2degreesandtopromotethere—attachmentoftheseparatedflow，whichcontributetothein-creasesinlift，dragandpitching—upmomentabout2％一5％withtheactuatordiskon．Thelift—to-dragratio

6、hasbeenobservedtobeslightlyloweredbytheintroductionoftheactuatordisk．Keywords：microairvehicle；propeller—winginteraction；numericalsimulation；actuatordisk；UDF引言微型飞行器(MAV)由于其尺寸小、雷诺数低、小展弦比的特征，其流场具有高度的三维特性。对于依靠螺旋桨为动力的同定翼微型飞行器来说，由于其螺旋桨的直径与机身尺寸的比值比常规布局的飞机大得多，大部分的机身都处于高

7、速旋转的螺旋桨产生的滑流区中，因此其受到滑流的影响是非常显著的，研究微型飞行器的桨翼气动干扰对微型飞行器的设计和优化有着指导的意义。目前，世界范围内对桨翼气动干扰的研究很多。Johnson⋯、Prouty旧j、Leishman【3j、Seep—niewski和Keys【4】、LeChuitonbJ。但是大部分的研究都是基于常规螺旋桨、涡桨飞机，对小尺寸的无人机、微型飞行器的研究尚少，Thipyopas和Moschetta旧1对微型飞行器螺旋桨的尺寸和安装位置进行了实验研究，结果表明：由于两者的尺寸相差很小，因此螺旋桨滑

8、流对微型飞行器的影响非常大。SungjinChio和JonAhn¨1对一尾推微型飞行器进行了数值模拟，得到了螺旋桨滑流可以延缓机体上表面的气流分离，但是他们只考虑了螺旋桨前后的压力跃升，没有模拟螺旋桨滑流区气流的旋转效应。试验手段是分析微型飞行器推进系统的主要研究手段，但是试验的方法不能提供足够的螺旋桨的推进参数，比如不同的安装位