基于CFD和混合配平算法的直升机旋翼地面效应模拟

• 作者: 招启军 朱明勇 王博
• 来源期刊: 航空学报
• 学科: 航空航天
• 关键词: 旋翼 地面效应 非定常气动特性 地面涡 配平分析 Navier-Stokes方程
• 年，卷（期）: 2016,（8）
• 所属期刊栏目: 气动/运动耦合数值模拟研究
• 页码范围: 2539-2551
• 页数: 13页
• 分类号: V211.52
• 字数: 8477字
• 语种: 中文
• DOI: 10.7527/S1000-6893.2015.0335

摘要

建立了一套基于非结构网格技术和动量源模型的直升机旋翼计算流体力学(CFD)方法,用来模拟贴地飞行时直升机旋翼非定常气动特性.其中,控制方程采用三维Navier-Stokes方程,空间方向上采用Jameson格式,时间方向上采用五步Runge-Kutta迭代法,选用Spalart-Allmaras湍流模型.旋翼对流场的作用采用动量源项模拟,为更真实地模拟地面效应(IGE)的作用,采用了“移动地面”的物面边界来代替常规的“固定地面”边界,并对旋翼附近及旋翼与地面之间的网格进行加密处理,以提高地面涡的捕捉精度.考虑实际飞行环境下旋翼的运动和操纵,在流场计算时考虑旋翼配平特性.其中,配平方程的旋翼气动力通过CFD方法和动量-叶素组合理论模型的耦合计算给出,为了提高配平方法的鲁棒性和效率,提出并建立了基于遗传算法/拟牛顿法的高效混合迭代算法.运用所建立的方法,首先,选用有试验结果可供对比的算例计算了地面效应作用下的旋翼拉力增益、功率变化,验证了计算方法的有效性,解决了涡流理论方法较难模拟的“小速度前飞旋翼需用功率突增”问题.然后,着重研究了UH-60A直升机旋翼在不同离地高度、不同前进比状态,旋翼需用功率、诱导速度、地面涡及旋翼操纵的变化规律.计算结果表明:地面涡出现在较小的前进比范围内,随前进比的增大,地面涡在纵向平面将顺来流方向移动,在轴向方位靠近地面方向移动,直至最后不断减弱消失.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	招启军	南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室	110	825	15.0	20.0
2	王博	南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室	45	230	9.0	12.0
3	朱明勇	南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室	1	8	1.0	1.0