基于弹簧系统网格变形方法的旋翼气弹耦合分析

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1、第48卷第3期2016年6月南京航JournalofNanjing空航天大学学报UniversityofAeronautics&AstronauticsV01．48No．3Jun．2016DOI：10．16356／j．1005—2615．2016．03．017基于弹簧系统网格变形方法的旋翼气弹耦合分析马砾招启军王清赵蒙蒙(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)摘要：在旋翼气动弹性耦合(CFD／CSD)分析中引入弹簧系统网格变形方法，建立了一套适合于旋翼气动栽荷分析的CFD／CSD耦合方法。为了解决CFD／

2、CSD耦合中关键的网格变形问题，旋翼桨叶贴体网格变形采用基于“ball—vertex”弹簧系统的动态网格方法，通过添加冗余约束，避免了畸形网格单元的产生。旋翼流场计算采用基于Navier-Stokes(N—S)方程的CFD模块，对基于运动嵌套网格的空间流场进行求解，湍流模型采用昏L模型。结构分析采用基于中等变形梁理论的CSD模块，基于Hamilton变分原理建立旋翼桨叶动力学方程。首先对振荡NACA0012翼型的流场进行了求解，验证了网格变形模块和CFD模块的有效性，然后采用UH-60A直升机旋翼作为算例对结构动力学模块进行数值验证。在

3、此基础上，计算了UH-60A直升机旋翼桨叶在前飞状态下的非定常气动载荷，并与飞行测试数据进行了对比。计算结果表明，文中的弹簧系统网格变形方法可以有效地用于旋翼CFD／CSD耦合计算分析，提高了旋翼气弹载荷的预测精度。关键词：旋翼；非定常气动栽荷；CFD／CSD耦合方法；弹簧系统网格变形方法；Navier-Stokes方程中图分类号：V211．47文献标志码：A文章编号：1005-2615(2016)03—0410—08AeroelasticityCouplingAnalysesofRotorBasedonSpringSystemGrid

4、DeformingMethodMaLi，ZhaoQijun，WangQing，ZhaoMengmeng(NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonRotorcraftAeromechanics，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：ThespringgriddeformingmethodisintroducedintoCFD／CSDcouplinganalysis，andaCFD／

5、CSDloosecouplingmethodisdevelopedforrotoraeroelastictiyanalyses．Inordertosolvethekeyprob—lemofgriddeformationinCFD／CSDcouplingmethod，thedynamicgridmethodbasedon”ball—vertexp7springsystemisintroducedinrotorbody—fittedgriddeformation．Byadoptingthenecessaryconstraintsprings

6、．thenewgriddeformingmethodavoidsdistortedgridcells．Therotorflowfieldissolvedbyu—singaCFDmodulebasedonNavier—Stokes(N—S)equationsandoversetgridtechnology，andtheB-LturbulentmodeliSemployedtoresolvetheviscosity．TheCSDmoduleiSestablishedbasedonmoderatedeformedbeamtheoryandHa

7、milton7Svariationalprinciples．TheCFDmoduleandthespringgridde—formingmodulearetestedbypredictingtheairloadsofoscillatingNACA0012airfoilswhiletheCSDmoduleisvalidatedthroughanalyzingthebladeresonancefrequencyoftheUH一60Arotor．TheairloadsontheUH一60Arotorbladearecalculatedandc

8、omparedwithflighttestdata．Bythecomparisonsofthe基金项目：国家自然科学基金(11572156)资助项目。收稿日期：2015—10—01；修订日期：2016—01