基于CFD方法的先進(jìn)旋翼氣動特性數(shù)值模擬及優(yōu)化研究.pdf

1、具有非常規(guī)槳葉氣動外形的先進(jìn)旋翼的氣動特性數(shù)值模擬及優(yōu)化設(shè)計方法研究是直升機(jī)空氣動力學(xué)領(lǐng)域富有挑戰(zhàn)性的研究課題。本文一方面開展了適合于優(yōu)化分析的高精度CFD旋翼氣動外形計算方法研究，發(fā)展了相應(yīng)的網(wǎng)格技術(shù)和流場求解器，進(jìn)行了槳葉外形參數(shù)對旋翼氣動性能的影響分析及優(yōu)化研究。另一方面，提出了“CLOR”先進(jìn)旋翼的改進(jìn)設(shè)計—“CLOR-Ⅱ”，開展了懸停、前飛狀態(tài)氣動特性試驗(yàn)研究以及外場氣動噪聲試驗(yàn)研究。主要工作包括以下幾個方面:
　　作為

2、前提和背景，本文首先闡述了槳葉氣動外形對直升機(jī)旋翼流場和氣動特性的重要影響，并對直升機(jī)旋翼流場數(shù)值模擬技術(shù)及氣動特性研究、旋翼氣動外形研究、旋翼氣動外形優(yōu)化設(shè)計研究等內(nèi)容的國內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，指出了現(xiàn)有研究中存在的不足以及難點(diǎn)，提出了本文擬采用的研究方法和內(nèi)容。
　　根據(jù)氣動外形優(yōu)化設(shè)計的需要，第二章建立了一種高效、魯棒的參數(shù)化槳葉網(wǎng)格生成方法。同時根據(jù)網(wǎng)格特點(diǎn)給出了一個新的快速、自動的運(yùn)動嵌套網(wǎng)格間單元對應(yīng)關(guān)系判斷策略，以用于

3、運(yùn)動嵌套網(wǎng)格單元判定和貢獻(xiàn)單元搜索。
　　以槳葉網(wǎng)格生成技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合運(yùn)動嵌套網(wǎng)格技術(shù)，本文又發(fā)展了適合于懸停和前飛狀態(tài)旋翼流場數(shù)值計算的方法。為更好地模擬旋翼尾跡的影響，空間離散采用了低耗散的Roe-MUSCL計算格式，為計入槳葉近場的粘性影響，采用了魯棒性好的B-L湍流模型，并采用了對稱邊界條件、隱式殘值光順、當(dāng)?shù)貢r間步長等方法加速流場計算。作為算例驗(yàn)證，應(yīng)用該方法計算了具有不同槳葉氣動外形的旋翼的流場特性，并與可得到的試驗(yàn)

4、結(jié)果進(jìn)行了對比。
　　應(yīng)用上一章建立的流場數(shù)值方法，開展了旋翼翼型、后掠、下反等外形參數(shù)的影響研究。分別計算了不同彎度、最大彎度位置和厚度等翼型參數(shù)對旋翼氣動特性的影響，分析了后掠、下反槳尖不同起始位置和變化角度對旋翼氣動特性影響的特點(diǎn)。
　　然后，將前文建立的CFD方法和代理模型方法相結(jié)合展開了旋翼槳葉氣動外形的優(yōu)化研究。分別對旋翼扭轉(zhuǎn)、后掠和下反等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化計算與分析，并與參考槳葉進(jìn)行了對比，驗(yàn)證了優(yōu)化方法的有效性，