螺旋桨旋转速度对机翼气动力影响的数值模拟

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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螺旋桨旋转速度对机翼气动力影响的数值模拟张鑫，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：为了研究螺旋桨滑流中的旋转速度对机翼气动力的影响，分别采用非定常方法和桨盘理论两种方式对螺旋桨／机翼构型进行模拟。与非定常方法对比，桨盘理论足以模拟螺旋桨滑流对机翼的影响，并能降低计算要求，缩短计算时间。因此。采用桨盘理论研究桨盘扭矩载荷对应的旋转速度增量对机翼气动

2、力的影响。计算结果表明，桨盘旋转速度对机翼升力影响不大，但是对零攻角时的机翼阻力存在特殊的影响。发现了这一影响，并对其原因进行了说明。关键词：螺旋桨；机翼；非定常；桨盘理论；螺旋桨旋转速度中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1671—654X(2012)01．0012-03NumericalSimulationofPropellerSwirlVelocityEffectstoWingAerodynamicFeaturesZHANGXin，YANGYong，XIAZhen·feng(NationalKeyLaboratoryo

3、fScienceandTechnologyonAerodynamicDesignandResearch，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Inordertoresearchthepropellerslipstreamswirlvelocityeffectstothewingaerodynamicfea-tures，unsteadyapproachandactuatordisktheoryareadoptedrespectively．Thegeom

4、etricconfigurationisapropellerinstalledonthewing．Comparedwiththeunsteadymethod，actuatordisktheoryisaccuratee-noughtosimulatetheinteractionsofslipstreamandwingwithlowercostdemandandlesscomputationaltime．Thus，thesimulationsofswirlvelocityincrementcorrespondingpropellertorq

5、ueloadareconductedusingactuatordisktheory．Theresultsshowthatpropellerswirlvelocityhaslittleeffectonthewingliftwhileithasaspecialimpactonthewingdragat0。angleofattack．Thisimpacthasbeenfound，anditscauseshavebeenexplained．Keywords：propeller；wing；unsteady；actuatordisktheory；p

6、ropellerswirlvelocity引言从1903年莱特兄弟第一次进行有动力可控飞行以来，螺旋桨飞机就一直是航空领域不可或缺的飞行器。由于螺旋桨飞机在低速飞行时具有低燃油，经济性好等优点，起飞、着陆时的飞行速度低，所以螺旋桨飞机对跑道的依赖程度低⋯。因此，绝大多数中短途军用运输机和通用飞机都采用螺旋桨动力。对于飞机设计者而言，在开始设计阶段就要通过计算和实验的手段研究螺旋桨的气动特性及其对机体各部件间的干扰‘2

7、。本文首先采用非定常方法与桨盘理论对螺旋桨滑流的影响进行了数值模拟，并给出了它们的对比结果。由于桨盘理论的模拟结果和非定

8、常方法的结果十分吻合，加之在T程计算角度看，桨盘理论方法更节约计算时间和计算条件，所以采用此方法研究螺旋桨扭矩载荷对机翼气动力的影响。1计算方法1．1非定常方法计算模型为一个六叶螺旋桨、轴对称短舱及剖面为对称翼型无扭转机翼。螺旋桨的对称轴与短舱的对称轴重合，并位于机翼的对称平面内。图l给出了螺旋彩短舱／机翼构型的网格拓扑结构及剖面网格，网格为多块面搭接结构化网格。图1中螺旋桨周围的圆柱形网格拓扑为动态旋转网格部分。采用雷诺平均Navier．Stokes方程作为流动控制方程，其积分形式为：收稿日期：201l—12—20基金项目：国家自然科

9、学基金项目资助(11002117)作者简介：张鑫(1980一)，男，陕西宝鸡人．硕士研究生，主要研究方向为理论与计算流体力学。2012年1月张鑫等：螺旋桨旋转速度对机翼气动力影响的数值模拟．13．詈Ⅲ9．a