螺旋桨非定常滑流的高效数值模拟研究-论文.pdf

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1、第32卷第3期空气动力学学报Vol_32，NO．32014年O6月ACTAAERoDYNAMICASINICAJun．，2014文章编号：0258—1825(2014)03—0289—06螺旋桨非定常滑流的高效数值模拟研究杨小川，王运涛，王光学，张玉伦(中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室，绵阳621000)摘要：基于自主研发的大型“亚跨超CFD软件平台”(TRIP3．O)，开发了针对螺旋桨飞机的旋转机械非定常求解模块。控制方程采用曲线坐标系下的非定常Euler方程，综合运用动态拼接结构网格技术和双时间步推进方法，重点模拟了双发螺旋

2、桨飞机在螺旋桨转动时的非定常滑流效应。为了保证计算模拟的高效性，引入多重网格技术和大规模并行计算技术。通过模拟某单独螺旋桨验证算例，验证了该方法的可行性。模拟了不同迎角和螺旋桨转速下全机的气动特性，分析了滑流对流场的影响情况，结果表明：螺旋桨滑流对全机流场和气动特性影响明显，并使得升力系数增大。关键词：螺旋桨滑流；非定常模拟；TRIP3．0；拼接网格；数值模拟中图分类号：V2l1．3文献标识码：Adoi：10．7638／kqd1xxb一2O12．01470引言1计算方法对于螺旋桨飞机而言，由于螺旋桨的存在，使得其1．1控制方程在气动特性上与常规布

3、局飞机相比，存在更为复杂的螺旋桨在旋转过程中，经过螺旋桨的气流是完全流动现象。其中，预测螺旋桨滑流对飞机机翼等部件非定常的，因此，为了模拟螺旋桨滑流的非定常特性，气动性能的影响，一直是螺旋桨飞机研究的重点[1]。必须采用非定常方法进行计算。假设ozyz是惯性笛关于滑流对全机气动特性影响的研究很多。常卡儿坐标系，忽略彻体力，则非定常欧拉方程可表达用的方法大多为简化的作用盘／激励盘模型[2]，特别为：是等效盘模型L6]，将螺旋桨桨叶视为无厚度的圆盘，OQ+ofi一。d经过盘面的气流被加速加转，能较好地考虑桨叶数其中：目、形状、安装角和转速等多种因素对

4、滑流的影响，得到了较好的计算结果。但在模拟螺旋桨滑流的非定lIDuipp“1+常效应上，基于动量理论的简化模型不能满足计算要l求。为了解决这个问题，国外Rooesnboom等采用Q—luip~2+2拼接网格技术模拟了螺旋桨转动，网格采用混合非结lpwUi~91A3+3构网格生成，得到的计算结果与PIV试验对比较好；ulph国内任晓峰[g]、张小莉[1。。、许和勇¨1等均进行了非定其中p、(，，叫)、P、e和h分别代表密度、(z，Y，z)方常滑流的数值模拟，并进行了细致分析。向的绝对速度分量、压力、内能和总焓。本文运用自主开发的大型“亚跨超CFD软

5、件平1．2时间离散台”(TRIP3．O)中的非定常计算模块[】，并综合应用动时间方向采用双时间步长推进¨]，非定常欧拉态拼接网格技术、多重网格技术和大规模并行计算技方程可表达为：术，其中方程采用非定常Euler方程，并运用双时间步8t+’等a一。推进方法求解控制方程，格式采用MUSCL_Roe格式。*收稿日期：2012-09—07；修订日期：2012-12—04基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)(2Oo9CB7238O5)作者简介：杨d'Jll(1988一)，男，湖北仙桃人，硕士研究生，主要从事计算流体力学研究．E—mail：yan

6、gxiaochuan1O@126．corn引用格式：杨小川，王运涛，王光学，等．螺旋桨非定常滑流的高效数值模拟研究[J]．空气动力学学报，2014，32(3)：289—294．doi：10．7638／kqdlxxb一2012．0147．YANGXC，WANGYT，WANGGX，eta1．Numericalsimulationofunsteadypropellerslipstream[J_．ACTAAerodynamieaSiniea，2014，32(3)：289—294．294空气动力学学报第32卷学出版社，2006：42—49．任晓峰，杨士普，

7、段卓毅，等．基于多参考坐标系的螺旋桨滑流[23MOENSF，GARDAREINP．Numericalsimulationofthepro—对机翼气动特性影响分析[c]．第十四届全国计算流体力学会peller／winginteractionsfortransportaircraft[R]．AIAA一2001—议论文集，2009：582—585．2404，2001．r1o]zHANGXL．zHANGYF．Researchoninteractionofpropeller[33DoUGLASHUNSAKER，DERYLSNYDER．Alifting—li

8、neap—andhigh—liftsystem[J]．AeronauticalComputingTechnique，proachtoes