基于自適應(yīng)網(wǎng)格方法的傾轉(zhuǎn)旋翼流場(chǎng)數(shù)值模擬.pdf

1、懸停狀態(tài)旋翼/機(jī)翼干擾流場(chǎng)的高精度數(shù)值模擬對(duì)準(zhǔn)確預(yù)估傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器旋翼氣動(dòng)性能具有十分重要的意義,開(kāi)展該干擾流場(chǎng)的高精度模擬一直是直升機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。旨在提高傾轉(zhuǎn)旋翼/機(jī)翼干擾流場(chǎng)及旋翼槳尖渦的模擬精度,本文提出了一種多塊自適應(yīng)網(wǎng)格算法,并有效地用于傾轉(zhuǎn)旋翼流場(chǎng)的數(shù)值求解分析。利用Caradonna-Tung實(shí)驗(yàn)旋翼與UH-60A旋翼等多組算例進(jìn)行了方法驗(yàn)證,并在此基礎(chǔ)上研究了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器旋翼/機(jī)翼

2、干擾流場(chǎng)的影響特性。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　第一章,著重介紹了傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器研究的必要性,分析了傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器的特點(diǎn)以及CFD技術(shù)在直升機(jī)以及傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬的發(fā)展歷程,并表明利用自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)對(duì)于提高傾轉(zhuǎn)旋翼流場(chǎng)計(jì)算精度及提高計(jì)算資源利用率的重要性。
　　第二章,考慮到傾轉(zhuǎn)旋翼/機(jī)翼干擾狀態(tài)下的槳葉運(yùn)動(dòng)特性,結(jié)合現(xiàn)有的網(wǎng)格生成方法,建立了二維傾轉(zhuǎn)旋翼翼型網(wǎng)格生成的方法,并提出了一套自動(dòng)化程度較高的適合于傾轉(zhuǎn)旋翼/

3、機(jī)翼干擾流場(chǎng)模擬的三維槳葉網(wǎng)格生成方法,同時(shí)給出了利用該方法生成的相應(yīng)網(wǎng)格實(shí)例。
　　第三章,建立了一套適合傾轉(zhuǎn)旋翼非定常流場(chǎng)模擬的CFD方法。主控方程為Navier-Stokes方程,空間離散采用三階 Roe-MUSCL計(jì)算格式,時(shí)間離散采用顯式五步 Runge-Kutta迭代,并引入二、四階混合差分組成的人工粘性項(xiàng)來(lái)避免激波和非物理振蕩出現(xiàn)及中心差分格式引起的奇偶失聯(lián),湍流模型采用Baldwin-Lomax模型。采用雙時(shí)間法推

4、進(jìn)方式來(lái)模擬傾轉(zhuǎn)旋翼/機(jī)翼的非定常干擾流場(chǎng),并編制了相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)嵌套網(wǎng)格程序及流場(chǎng)分析代碼,同時(shí)通過(guò)多組算例驗(yàn)證了該代碼的有效性。
　　第四章,為了提高傾轉(zhuǎn)旋翼流場(chǎng)計(jì)算精度,提出了一種多塊自適應(yīng)網(wǎng)格算法。利用該方法計(jì)算了懸停狀態(tài)下Caradonna-Tung實(shí)驗(yàn)旋翼與UH-60A直升機(jī)旋翼的流場(chǎng)及槳尖渦特征。為研究?jī)A轉(zhuǎn)旋翼/機(jī)翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)變化對(duì)其干擾流場(chǎng)的拉力分布、壓強(qiáng)系數(shù)分布、干擾渦流場(chǎng)變化等的影響特性,設(shè)計(jì)了一套旋翼加機(jī)翼模型