直升机∕舰船耦合流场的数值模拟.pdf

《直升机∕舰船耦合流场的数值模拟.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJul．252017V01．38No．7SSN1000—6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaaedu．CRhkxb@buaa．edu．cn直升机／舰船耦合流场的数值模拟苏大成1，史勇杰1，徐国华1’*，宗昆21．南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室，南京2100162．中国船舶工业系统工程研究院，北京100036摘要：发展了一套基于雷诺平均Navier-Stokes(RANs)方程的直升机／舰船耦合流场数

2、值模拟方法，采用ROE-MUSCL格式对交接面通量进行重构，并采用^一e湍流模型以提高对涡流场的捕捉精度，直升机旋翼等旋转部件的模拟使用动量源模型。然后，以具有典型驱护舰结构的LPD一17及ROBIN直升机的组合为研究对象，从涡量场、速度场及压力场等方面分析了直升机、舰船耦合情形下的流场特征。研究表明，当来流速度V。。≥4m／s时，舰船流场进入雷诺数自准区，流场速度无因次化量基本保持不变；直升机着舰时，旋翼会与舰船艉部的涡回流区以及甲板两侧的舷涡发生较强的“涡一涡干扰”，在上述干扰以及舰面效应的共同作用下，旋翼拉力产

3、生显著的振荡，并呈现出先减小、后增大的变化特征；当着舰位置向舰尾移动时，艉部回流区的影响减弱，旋翼拉力振荡幅度相应减小。最后，对全机状态下的耦合流场进行了模拟，结果显示机身和尾桨对舰艉流场的主要结构影响较小，可用旋翼／舰船耦合流场来进行直升机安全着舰分析，这将显著缩短计算时间。关键词：直升机；舰船；舰艉流；动量源方法；着舰飞行中图分类号：V211．52；0351文献标识码：A文章编号：i000—6893(2017)07—520853—12海面空气流经舰船上层建筑、机库等钝体结构时，受气流分离的影响，会在舰体附近及其下

4、游区域形成不同程度的紊流区域。当直升机着舰时，直升机非定常涡流场与舰艉流场相互干扰耦合，使得舰艉紊流区域的流场品质进一步降低。受这种耦合流场的影响，直升机各部件气动力的大小及分布将发生显著变化，使得其操稳特性明显降低，从而危及着舰安全。因此，开展直升机／舰船耦合流场特征研究对于直升机安全着舰飞行具有重要意义。目前，国内外在孤立舰船流场已开展了较多的研究。Reddy等口]采用FLUENT对简单舰船(SFS)模型的流场进行数值模拟，重点研究了舰船尾流场的速度场特征，验证了飞行甲板上方马蹄涡的存在。Zhang等心1采用Co

5、balt求解器对SFS2舰船流场进行了数值模拟，研究了风向角对舰尾流场特征的影响。Polsky[31对大型两栖攻击舰(LHA)模型在不同风速情况下的流场进行数值模拟，结果显示，在一定风速范围内，舰船流场结构与雷诺数无关。此外，郜冶和刘长猛[4]、黄斌等[51研究了机库门开关情形下舰艉流场的速度场特征，发现机库门敞开有利于改善飞行甲板上方的流场。尽管对于孤立舰船流场的研究已比较深入，但将舰船流场数据应用到直升机着舰飞行动力学模型时，所得到的操纵量与试验值相比仍有较大误差[6]，这主要是由于未考虑直升机与舰艉收稿日期：2

6、016．10．13：退修日期：2016—11—05；录用日期：2017-01．11；网络出版时间：2017—03—0908：52网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／11．1929．V20170309．0852002．htmI基金项目：直升机旋翼动力学国家级重点实验室基金(6142220010301)*通讯作者．E—mail：ghxu@nuaa．edu．cn礅用棒武l苏大戎．吏勇杰，徐国华．等．直井机／舰船耦合流场的数值模拟￡如．航空学报·2017，38(7)：520853．SUDC，SHIY

7、J，XUGH，eta1．Numericalsimulationofcoupledflowfieldofhelicopter／shipEJJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2017，38(7)：520853．520853．1航空学报流场耦合对流场特征的影响。近年来，随着CFD技术在直升机非定常流场模拟中的成功应用口。⋯，研究者又逐渐将CFD方法应用于直升机／舰船耦合流场的研究中。Lee和SilvaLl妇采用运动嵌套网格方法[123研究了旋翼／舰船耦合流场的压力场及速度场特征，同

8、时也指出了运动嵌套网格方法耗时过长的缺点。Crozon等[131分别采用动量源方法n41与运动嵌套网格方法对旋翼／舰船耦合流场进行了数值模拟及对比，结果表明动量源方法能够有效地捕捉到耦合流场的主要特征。国内的孙鹏等口53采用FLUENT软件对旋翼／舰船耦合流场进行了数值模拟，研究了不同风向角情形下的旋翼／舰船耦合流场特征，并分析了直升机着舰过程