基于CFD的直升机旋翼流场及气动力计算.pdf

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1、第43卷第3期2011年6月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics&Astronautics基于CFD的直升机旋翼流场及气动力计算徐广王博徐国华招启军(南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室，南京，210016)V01．43No．3Jun．2011摘要：建立了一个基于结构运动嵌套网格的流场求解器，用来精确模拟复杂的旋翼流场，为更好地预测旋翼气动载荷提供一套计算方法。在该求解器中，控制方程为惯性坐标系下的三维非定常Navier—Stokes方程，空间方向上采用低数值耗散的Roe

2、格式结合三阶逆风格式(Monotonicupwindschemeforconservationlaw，MUSCL)，湍流模式采用了一方程的Spalart-Allmaras模型。应用所建立的方法，分别针对Caradonna模型旋翼、UH一60A直升机旋翼的悬停流场和7A旋翼、SA349／2直升机旋翼的前飞流场以及旋翼气动栽荷进行了数值模拟。计算结果表明，本文的方法在一定程度上提高了对旋翼流场的模拟能力，进而提高了旋翼气动载荷的计算精度。关键词：直升机；Navier—Stokes方程；运动嵌套网格；旋翼流场；气动载荷中图分类号：V211．3文

3、献标识码：A文章编号：1005—2615(2011)03—0369．06ComputationonFlowFieldandAerodynamicLoadofHelicopterRotorsBasedonCFDXuGuang，WangBo，XuGuohua，ZhaoQqun(ScienceandTechnologyonRotorcraftAeromechanicsLaboratory，NanjingUniversityofAeronautics＆Astronautics，Nanjing，210016。China)Abstract：Acomp

4、utationalfluiddynamics(CFD)solverbasedOilstructuredembeddedgridisbuilttosimulatetheflowfieldofarotorandtocalculaterotoraerodynamicloads．Inthissolver．thethree—di—mensionalunsteadyN—Sequationsareemployed，anddiscretizedbythecombinationofthelowdissipa—tionRoeschemeandthethird

5、—orderMonotonicupwindschemeforconservationlaw(MUSCL)．TheSpalart—Allmarasone—equationturbulencemodelisalsoadopted．Withthedevelopedmethod．theflowfieldsandaerodynamicloadsofhelicopterrotorsinhoveronCaradonnarotor，UH一60Arotor，andfor—wardflighton7ArotorandSA349／2rotorarecalcul

6、atedrespectively．Itdemonstratesthatthemethodisveryusefulforimprovingsimulationcapabilityontherotorflowfieldandtherebyincreasingthecom—putationprecisionofrotoraerodynamicloads．Keywords：helicopter；Navier—Stokesequations；movingembeddedgrids；rotorflowfield；aerodynamicloads旋翼流

7、场和气动力的准确计算一直是直升机技术领域的研究难点之一[1]。直升机旋翼的流场是由直升机飞行状态、桨叶的几何外形和桨叶之间相互干扰等多种因素决定的，要准确对其模拟并计算桨叶所受的非定常气动载荷是十分具有挑战性的。关于直升机旋翼桨叶非定常气动载荷的计算，国内外已开展了较多工作，并且一直在改进和完善之中。目前较为常用的方法是采用自由尾迹分析模型和气动力模型相结合来计算桨叶所受的非定常气动载荷。这类方法的主要优点是其计算时间短，因而在旋翼设计中得到了较广泛的应用。然而，由于尾迹分析基于势流假设，而气动力模型多数基于基金项目：国家自然科学基金(1

8、0872094)资助项目。收稿日期：2010—11—16；修订日期：2011—02—20通讯作者：徐国华，男，教授，博士生导师，E—mail：ghxunuaa．edu．cn。370南京航空航天