螺旋桨滑流与机翼气动干扰数值模拟研究

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1、第42卷第1期2012年1月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．42No．1Jan．2012螺旋桨滑流与机翼气动干扰数值模拟研究龚晓亮，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：分别采用非定常方法和激励盘理论研究螺旋桨滑流对机翼的干扰作用，并对计算结果进行对比分析。非定常方法基于动态面搭接结构化网格，运用有限体积法求解非定常RANS方程。对于激励盘理论，首先采用点对点结构化网格，随单独螺旋桨旋转的方式进行非定常模拟得到螺旋桨桨叶压力分布，然后将桨叶压强分布转化为激励盘载荷分布，最

2、后将载荷分布作为边界条件对干扰流场进行定常模拟。数值结果表明：除了在较大来流攻角时有所差异，两种方式得到的机翼气动力吻合良好；非定常方法可以得到螺旋桨与机翼的瞬时干扰流场，而激励盘理论则可以大大缩短数值模拟的时间并降低计算要求。关键词：螺旋桨；机翼；非定常；激励盘；干扰中图分类号：V21l文献标识码：A文章编号：1671—654X(2012)Ol一0076—04UnsteadySimulationMethodandActuatorDiskTheoryinNumericalSimulationsofPropeller’SInterferenceonWingGONGXiao—l

3、iang，YANGYong，XIAZhen—feng(NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonAerodynamicDesignandResearch，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Numericalsimulationsofinstalledpropellerinterferenceeffectsonwingaerodynamiccharacter-isticsareconductedbytimeaccuratemethodan

4、dactuatordisktheoryrespectively．Fortimeaccuratesim-ulation，unsteadyReynoldsAveragedNavier—Stokes(RANS)equationsaresolvedbyfinitevolumemeth-odbasedondynamicpatchedgrids．Foractuatordisksimulation，thediskloaddistributionistransformedfrompropellerbladepressuredistributionwhichistakenfromtimeac

5、curateapproachonpointtopointgridsrotatingtogetherwiththeisolatedpropeller．Then，actuatordisktheoryisimplementedbysolvingRANSsteadilywithdiskloadasaboundarycondition．Thetwomethodscouplesverywellwithsomedis—crepancyatlargeangleofattackonly，duetolargerseparationregioncalculatedwithactuatordisk

6、theory．Thetimeaccuratemethodcanprovidethedetailsofunsteadyinteractionfield，whiletheactuatordiskmodelcostsmuchlessCPUtime．Keywords：propeller；wing；timeaccurate；actuatordisk；interference引言从人类早期动力飞行开始，螺旋桨发动机的发展就和飞机的发展紧密相关。目前，虽然航空推进技术早已进入喷气时代，但是由于螺旋桨发动机在飞机低速飞行时具有拉力大、推进效率高、经济性好等特点，使得螺旋桨飞机在通用飞机、农

7、林机、军用运输机等机种上都占有很大的比例⋯。螺旋桨对飞机的干扰主要表现存螺旋桨滑流对机翼气动特性的影响，这种影响往往是非常显著的。为了更深入地理解螺旋桨与飞机部件之间的气动十扰，从20世纪30年代开始，飞机设计师就开始了理论与实验研究悼J。非定常方法∞一1与激励盘理论[4。1是目前研究螺旋桨滑流最普遍的两种数值方法，前者是对螺旋桨旋转的非定常流场进行数值模拟，它能够捕捉复杂桨尖涡等流动现象，但是，网格生成的难度和模拟时间的要求大大增加了其计算成本；而后者基于动量理论，用无厚度的激励盘代替螺旋桨的作用，简化的几何模型