基于VVPM∕CA耦合的旋翼非定常载荷计算

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1、第46卷第3期2014年6月南京航JournalofNanjing空航天大学学报UniversityofAeronautics8LAstronautics基于VVPM／CA耦合的旋翼非定常载荷计算肖宇徐国华史勇杰黄嘉伟(南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室，南京，210016)V01．46No．3Jun．2014摘要：为了提高旋翼非定常载荷计算精度，将基于黏性涡粒子方法(Viscousvortexparticlemethod，VVPM)的尾迹计算引入至旋翼综合分析(Comprehensiveanalysis，CA)中，

2、建立了一个新的旋翼VVPM／CA耦合计算模型。该模型中，旋翼VVPM基于第一性原理，可模拟尾迹的畸变和扩散而不引入经验参数，而旋翼cA则可以有效地进行桨叶弹性变形及非定常栽荷计算，通过采用松耦合策略，可以高效地实现两者的信息交换。在此基础上，以sA349／2直升机为算例，针对其低速和高速两种典型前飞状态进行了深入分析，计算表明，本文建立的VVPM／cA耦合分析可以有效地预测旋翼尾迹形状及非定常载荷。关键词：黏性涡粒子；综合分析；旋翼；栽荷中图分类号：V211．52文献标志码：A文章编号：1005—2615(2014)03一0443

3、～08UnsteadyLoadCalculationforRotorBasedonVVPM／CACouplingXinoY“，XMG“o^“n，S^iYb7z酊iP，HMn行g．厂in伽Pi(NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonRotorcraftAeromechanics，NanjingUniversityofAeronautics＆Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Inordertoimprovetheaccuracyof

4、rotorunsteady10adcalculation，aviscousvortexparticlemethod(VVPM)basedwakesimulationisintegratedintotherotorcomprehensiveanalysis(CA)mod—ule，thenanewcoupledmethodisestablished．Inthismodel，thefirstprinciplebasedVVPMiscapableofsimulatingthewakedistortionanddiffusionwithou

5、tanyempiricalparameter，whiletherotorCAisabletocalculatetheelasticdeformationandunsteadyloadsofrotorbladeeffectively．Andthroughtheloosecouplingstrategy，theinformationcanbeefficientlyexchangedbetweentwomodules．Basedonthedevelopedmethod，theSA349／2helicopterischosentobete

6、sted，andtwotraditionalflightregimesareinvestigatedthoroughly．TheresultshowsthattheVVPM／CAcoupledanalysiscanpredictthewakegeometryandunsteadyloadsaccurately．1【eywords：viscousvortexparticle；comprehensiveanalysis；rotor；loads传统旋翼综合气弹分析(Comprehensiveanal—ysis，cA)软件为了适合于工程日

7、常计算，常常基于升力线理论[1]构建非定常气动力模型，以此在满足计算效率限制下尽量提高计算精度，由于基于线涡离散的自由尾迹分析在实际计算中具有高效和较高精度的优点，在上述软件中均得到了较为广泛的采用。虽然基于势流线涡的自由尾迹方法一定程度上可用于旋翼尾迹计算与气动分析，但是其严重依赖于经验参数口]，无法准确地模拟尾迹涡的畸变及扩散[3]。因此，研究人员开始研究新的尾迹建模方法，2009年，Zhao等人[31首次将计入粘性的涡粒基金项目：国家自然科学基金(11302103)资助项目。收稿日期：2013—12—24；修订日期：2014

8、一04—08通信作者：徐国华，男，教授，博士生导师，E—mail：ghxu@nuaa．edu．cn。444南京航空航天大学学报第46卷子方法(Viscousvortexparticlemethod，VVPM)引入到旋翼尾迹分析中，通过数值计算表明，