基于时间精确自由尾迹方法的旋翼非定常气动特性分析

《基于时间精确自由尾迹方法的旋翼非定常气动特性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaeIAstronauticaSinicaApt．252012V01．33No．4607-616ISSN1000—6893CN11．1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．∞文章编号：1000—6893(2012)04—0607—10基于时间精确自由尾迹方法的旋翼非定常气动特性分析刘勇，邵松，朱清华，张呈林*南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室，江苏南京210016摘要：给出了一种显式修正的二阶向后差分格式(PC2B)的时间精确自由尾迹算法，用于分析旋翼非定常气动特性。由于旋翼自由尾迹控制方

2、程具有非线性特征，求解过程中易产生数值不稳定性问题，因此本文推导了修正PC2B算法的修正方程，分析了该算法的求解精度和数值稳定性，并通过数值试验对其稳定性和计算效率加以验证及分析。基于该算法，首先对悬停和总距突增时旋翼非定常气动特性进行了计算，通过与试验结果的对比验证了模型的有效性；其次研究了总距操纵时旋翼非定常气动特性的变化规律。研究结果表明，旋翼自由尾迹几何形状的瞬态变化是造成总距操纵条件下旋翼非定常气动特性波动的主要原因。关键词：时间精确；旋翼；尾迹；总距操纵；气动特性中图分类号：V211．52文献标识码：A旋翼非定常流场的计算在直升机性能、旋翼非定常载荷及飞行动力学的

3、研究中起着至关重要的作用，旋翼自由尾迹模型的引入能够有效地提高旋翼气动载荷的计算精度。常用的自由尾迹求解方法主要有松弛[1。1和时间步进法Csqz]，松弛自由尾迹在求解过程中需要添加周期性边界条件，主要用于稳态飞行旋翼气动特性分析，而基于时间步进算法的旋翼非定常自由尾迹模型，不仅适用于直升机稳态飞行，且能够用于预测及分析直升机机动飞行时旋翼自由尾迹几何畸变、瞬态诱导流场和气动载荷等非定常气动特性，但旋翼尾迹时间步进算法也存在着数值不稳定和求解效率低等问题。文献[10]提出了“时闯精确”自由尾迹模型，其核心是二阶向后差分格式(Predictor-Correctorwith2nd

4、-orderBackwardDifference，PC2B)时间步进算法，该算法引入了数值耗散项，能够有效地消除尾迹求解过程中的数值扰动。由于PC2B算法为隐式格式，在求解过程中仍需要采用预估一修正方法，求解效率相对较低，为此本文将PC2B算法修正为显式格式，在保持算法稳定的基础上能有效地提高旋翼自由尾迹的求解效率。旋翼对操纵输入的动态响应具有典型的非定常特征，松弛自由尾迹模型不能对该问题进行有效的分析，为此本文将在修正PC2B算法旋翼自由尾迹模型的基础上，结合非定常动态失速气动模型对总距操纵时旋翼非定常气动特性进行研究。1计算模型1．1旋翼尾迹控制方程图1显示的是旋翼自由尾

5、迹示意图，图中自由尾迹包括近尾迹和远尾迹两部分。近尾迹在桨收稿日期：2011-11—03；退修El期：2011-11-22；录用El期：2012．0l一09；网络出版时间：2012-02-0109：43网络出版地址：⋯cnki．net／koms／detaillll．1929V201202010943008htrnlDOI：CNKI：11·1929／V201202010943．008基金项目：航空科学基金(20115752035)I南京航空航天大学基本科研业务费专项科研项目(Ns2010035)*通讯作者．Tel．：025—84892196E—mail：zcIntae@nuaa

6、．edu．∞飘吊格式lLiuY．Shaos．ZhuoH．eta

7、AnalysisofrotorunsteadyaerodynamiccharacteristicsbasedOntime8ccLirstefreewakeformula-t／On．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2012。33(4)：607-616．赳勇．邳橙．来'；{I华．等．基f对闻精确自由是遗方法的蓰翼非定常气莉特笸分析．航空学摄．zol2，33(4)；607≈16．608航空学报ADr．252012V01．33No．4叶后缘脱出，由尾随涡和脱落涡组成，远尾迹由卷起的

8、桨尖涡构成。图1中：Oxyz定义为位于桨毂中心的不旋转坐标系；n为旋翼转速；r为桨尖涡节点位置向量；驴为桨叶方位角；f为桨尖涡涡龄角；△r为涡龄角离散角度#蛳。为近尾迹角度；R。为桨叶附着环量最大值；L为桨尖涡环量。图1旋翼自由尾迹乐惹图Fig．1Schematicolrotorfreewake由于离散桨尖涡线为有限数量的直线涡段，因此桨尖涡线控制方程可以写成—dr(-t)--V。(r)+yI(，)+V．k(，．)(1)df一式中：V。(，)为桨尖涡节点处的自由来流速度’yi(r)和Vm(r)分别为涡线