不同螺旋桨滑流数值模拟方法对比研究

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1、第42卷第5期2012年9月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．42No．5Sep．2012不同螺旋桨滑流数值模拟方法对比研究王维，杨永，夏贞锋(西北工业大学翼型叶栅空气动力学国防科技重点实验室，陕西西安710072)摘要：采用动量激励盘理论，求解准定常RANS方程，模拟螺旋桨滑流对飞机气动特性的影响。分别基于螺旋桨+中心体、螺旋桨+短舱、螺旋桨+短舱+翼身组合体构型的非定常流场模拟得到的桨叶载荷，建立三种不同的激励盘载荷。将三种载荷的流场模拟结果与全机非定常模拟的时间平均结果进行对比。

2、可知三种不同激励盘载荷均能准确地模拟螺旋桨滑流的影响，因此，可以通过最简单的螺旋桨+中心体构型建立激励盘模型，用于螺旋桨滑流工程预测。关键词：动量激励盘；螺旋桨滑流；桨叶载荷；非定常模拟中图分类号：V211文献标识码：A文章编号：1671—654X(2012)05—0080—04StudyonComparisonofDifferentNumericalSimulationMethodsConcerningPropellerSlipstreamWANGWei，YANGYong，XIAZhen-feng(NationalKeyLabo

3、ratoryofScienceandTechnologyonAerodynamicDesignandResearch，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Theinfluenceofthepropellerslipstreamontheaerodynamicperformanceoftheairplaneissimulated，byapplyingtheactuatordisktheoryonsolvingsteadyRANSequation

4、s．Threedifferentkindsoftheactuatordiskloadsareconstructedbasedonthebladeloadsforthreeconfigurations，namelytheisola·tedpropellerwithcenter—body，propellerwithnacelleandpropellerinstalledonthewing—bodywithna—celle．Throughthecomparisonoftheaforementionedactuatordiskresult

5、sandthetime—averagedresultsoftheunsteadysimulation，theconclusionisdrawnthatthethreekindsofactuatordiskloadscansuccessful—lysimulatetheinfluenceofthepropellerslipstreamontheairplane．Therefore，wecanestablishactuatordiskmodelfortheengineeringpredictionofthepropellerslips

6、treambyusingthebladeloadsoftheisola—tedpropellerwithcenter—body．Keywords：propellerslipstream；actuatordisk；bladeloads；unsteadysimulation引言螺旋桨飞机是依靠螺旋桨旋转将发动机的功率转化为推进力的飞机，而螺旋桨的旋转运动会在下游产生滑流，使其周围的流场变得非常复杂，对飞机的气动特性产生很大影响。目前，主要采用两种CFD方法模拟螺旋桨滑流，一种是直接对非定常流场进行数值模拟，另一种是采用动量激励盘理论¨

7、。3J，用一个无厚度的圆盘代替螺旋桨的作用，采用定常方法模拟滑流流场。由于非定常模拟方法对网格质量要求高且所需的网格量很大，同时计算周期很长，给工程应用带来不便。采用激励盘方法时，由于模型的简化降低了网格的生成难度，而且对流场的定常模拟方式极大地缩短了计算时间，因此，激励盘方法在工程应用中具有很大优势。激励盘的载荷分布决定了激励盘能否准确模拟螺旋桨滑流。激励盘的载荷可以由单独螺旋桨的桨叶载荷给出，但是，在复杂构型中，螺旋桨滑流与短舱、机翼等部件之间存在着复杂的干扰作用，不仅短舱、机翼的气动特性发生变化，螺旋桨桨叶上的载荷也会改变。

8、因此，相同的螺旋桨连接不同的部件时，相应的桨叶载荷会各不相同，基于螺旋桨桨叶载荷建立的激励盘载荷也会不同，产生的滑流对飞机各部件的影响也不同。本文主要采用动量激励盘理论，求解准定常RANS方程，模拟螺旋桨滑流对飞机气动特性的影响。基于螺旋桨+中心体