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《基于混合網(wǎng)格的直升機(jī)旋翼-機(jī)身非定常干擾流場(chǎng)數(shù)值模擬方法》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、基于混合網(wǎng)格的直升機(jī)旋翼/機(jī)身非定常干擾流場(chǎng)數(shù)值模擬方法摘要：基于混合網(wǎng)格建立了一個(gè)適合于直升機(jī)旋翼/機(jī)身非定常干擾流場(chǎng)的數(shù)值模擬方法。其中，采用混合網(wǎng)格系統(tǒng)生成旋翼/機(jī)身干擾流場(chǎng)網(wǎng)格以降低網(wǎng)格生成難度；將二階MUSCL格式和Roe格式相結(jié)合進(jìn)行空間離散以提高流場(chǎng)的計(jì)算精度；同時(shí)引入隱式LU-SGS時(shí)間格式和OpenMP并行模式以提高干擾流場(chǎng)的計(jì)算效率。應(yīng)用建立的計(jì)算方法，對(duì)Georgia和Robin旋翼/機(jī)身模型進(jìn)行了數(shù)值模擬和分析，與試驗(yàn)結(jié)果良好的相關(guān)性表明了該方法的有效性。關(guān)鍵詞：直升機(jī)；混合網(wǎng)格；旋
2、翼；機(jī)身；干擾流場(chǎng);CFD中圖分類號(hào)：V211.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1005-261502-0180-09旋翼/機(jī)身非定常干擾流場(chǎng)的數(shù)值模擬一直是直升機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域中具有挑戰(zhàn)性的研究?jī)?nèi)容之一。現(xiàn)代直升機(jī)的設(shè)計(jì)趨勢(shì)正朝著大獎(jiǎng)盤載荷和緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方向發(fā)展，這預(yù)示著更加強(qiáng)烈的旋翼下洗流以及更小的旋翼/機(jī)身間距，這會(huì)引起愈加嚴(yán)重的旋翼/機(jī)身干擾問題。機(jī)身的存在阻礙了旋翼尾跡的自由發(fā)展，從而對(duì)旋翼的氣動(dòng)性能產(chǎn)生一定影響。反過來，機(jī)身處于緊靠旋翼獎(jiǎng)盤的下方，旋翼產(chǎn)生的下洗流將直接打在機(jī)身上，這會(huì)使得機(jī)身產(chǎn)生一
3、定的向下載荷；同時(shí)，旋翼槳尖渦在向下游運(yùn)動(dòng)的過程中也常常與機(jī)身靠近通過，甚至直接與機(jī)身相碰，由此引起的渦面干擾會(huì)使機(jī)身產(chǎn)生較嚴(yán)重的振動(dòng)載荷。因此，圍繞旋翼/機(jī)身十?dāng)_問題展幵深入的研宄具有重要的學(xué)術(shù)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。在旋翼/機(jī)身干擾數(shù)值研究方面，由于計(jì)算資源以及計(jì)算方法的限制，早期的計(jì)算研究均采用尾跡方法對(duì)旋翼/機(jī)身干擾問題進(jìn)行分析。尾跡方法計(jì)算效率高，但存在明顯的不足，主要是，其計(jì)算精度常常依賴于渦核半徑、槳尖渦拖出位置等經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，且在處理渦面碰撞時(shí)，需要引入渦畸變模型進(jìn)行修正等。近年來，隨著CFD技術(shù)以
4、及計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，EULER方程和RANS方程開始應(yīng)用劍旋翼/機(jī)身干擾流場(chǎng)的計(jì)算研宄中。然而，直升機(jī)旋翼/機(jī)身干擾流場(chǎng)的復(fù)雜性也對(duì)CFD求解方法提出了更高的要求。在網(wǎng)格技術(shù)方面，圍繞具有復(fù)雜外形的機(jī)身生成高質(zhì)量網(wǎng)格十分困難，并且旋翼與機(jī)身間存在復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，因此生成一套有效的網(wǎng)格系統(tǒng)是旋翼/機(jī)身干擾流場(chǎng)求解的關(guān)鍵之一；在求解精度方面，準(zhǔn)確地模擬旋翼漿尖渦的生成及發(fā)展是直升機(jī)干擾流場(chǎng)分析的關(guān)鍵之處，這不僅要求生成高質(zhì)量的網(wǎng)格，更重要的是提高求解器的計(jì)算精度，其中涉及到空間離散格式的計(jì)算精度、耗散特性等，
5、此外，選擇合適的揣流模型對(duì)準(zhǔn)確模擬附面層流動(dòng)和漿尖渦的生成也是值得重視的；在求解效率方面，一般情況下，為減小流場(chǎng)求解的數(shù)值耗散，要求流場(chǎng)網(wǎng)格在直升機(jī)附近以及旋翼的尾跡區(qū)域均具有很細(xì)的網(wǎng)格尺度，而這會(huì)使得計(jì)算量和計(jì)算時(shí)間激增，因此，如何提高直升機(jī)干擾流場(chǎng)的求解效率也是一個(gè)重要的研究方面。本文擬從網(wǎng)格技術(shù)、流場(chǎng)求解精度和求解效率方面著手，建立一個(gè)適合于直升機(jī)旋翼/機(jī)身非定常干擾流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算模型，并重點(diǎn)開展旋翼下洗流場(chǎng)下機(jī)身表面非定常壓力的計(jì)算研究。1.網(wǎng)格系統(tǒng)為有效地模擬直升機(jī)干擾流場(chǎng)，本文針對(duì)直升機(jī)各部件的
6、幾何外形特點(diǎn)，分別采取不同的網(wǎng)格類型生成各部件的貼體網(wǎng)格。在旋翼獎(jiǎng)葉網(wǎng)格方面，由于旋翼漿葉外形相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)其生成結(jié)構(gòu)網(wǎng)格難度不大，因此采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格形式生成圍繞旋翼漿葉的貼體網(wǎng)格以提高漿葉網(wǎng)格的生成質(zhì)量，可有效地保證獎(jiǎng)葉附近流場(chǎng)，尤其是附面層內(nèi)流動(dòng)的模擬精度；在機(jī)身網(wǎng)格方面，由于直升機(jī)機(jī)身具有更復(fù)雜的幾何外形，如包含發(fā)動(dòng)艙、平尾、垂尾等，本文采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格形式生成直升機(jī)機(jī)身網(wǎng)格，這可以大大降低網(wǎng)格生成難度。需要指出的是，對(duì)于某些外形簡(jiǎn)單的機(jī)身模型，如Georgia機(jī)身和Maryland機(jī)身等，仍可采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格
7、形式生成其網(wǎng)格。為便于對(duì)背景網(wǎng)格、槳葉網(wǎng)格和機(jī)身網(wǎng)格的統(tǒng)一計(jì)算，本文將結(jié)構(gòu)網(wǎng)格按照非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式進(jìn)行處理，最終形成一套混合網(wǎng)格系統(tǒng)。同時(shí)，針對(duì)建立的混合網(wǎng)格系統(tǒng)，給出一套高效的、且完全自動(dòng)化的嵌套網(wǎng)格方法以模擬直升機(jī)各部件間復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。1.1旋翼漿葉網(wǎng)格生成方法對(duì)于槳葉網(wǎng)格可采用三維結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法直接生成單塊網(wǎng)格，但鑒于旋翼獎(jiǎng)葉外形的特殊性，一般不采取這種方法。槳葉翼型是構(gòu)成槳葉的基石，本文針對(duì)旋翼漿葉外形的特點(diǎn)，將漿葉分解為二維翼型和一維梁模型，首先生成二維翼型結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，然后沿展
8、向進(jìn)行平鋪、扭轉(zhuǎn)、插值等變換，最終得到結(jié)構(gòu)化的三維槳葉網(wǎng)格1給出的是本文圍繞UH60旋翼獎(jiǎng)葉生成的C-型結(jié)構(gòu)網(wǎng)格示意圖。1.2機(jī)身網(wǎng)格生成方法如前文所述，直升機(jī)機(jī)身外形的復(fù)雜性使得圍繞機(jī)身生成結(jié)構(gòu)網(wǎng)格很困難，因此，對(duì)于具有復(fù)雜外形的機(jī)身，本文采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成圍繞機(jī)身的貼體網(wǎng)格。另外，對(duì)于外形較為簡(jiǎn)單的機(jī)身模型。仍可以采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對(duì)機(jī)身流場(chǎng)空間進(jìn)行填充，這既可提高網(wǎng)格質(zhì)量，又不會(huì)增加太多難度。2給出了本文圍繞Ro
