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《旋翼槳尖渦生成及演化機理的高精度數值研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、航空學報ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaJul．252017VoI．38No．7SSN1000—6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaaedu．CRhkxb@buaa．edu．CFI旋翼槳尖渦生成及演化機理的高精度數值研究葉舟，徐國華*，史勇杰南京航空航天大學直升機旋翼動力學國家級重點實驗室，南京210016摘要：為了細致捕捉直升機旋翼槳尖渦的生成和演化過程，建立了一個基于高精度網格和高階通量計算格式的旋翼槳尖渦計算流體力學(CFD)求解方法。在該方法中，流場求解選取旋轉坐標系下的Navier—Stokes方程為
2、控制方程；空間離散采用迎風Roe格式，并采用低耗散的5階wEN()(we培htedEssentiallyNon—Osciltatory)格式進行對流通量的計算；時間推進則采用雙時間法，在偽時間步上使用隱式I。U—SGS(LowerUpperSymmetricGauss—Seidel)推進格式；應用嵌套網格方法實現槳葉網格和背景網格的數據交換。應用所建立的方法對懸停狀態(tài)的旋翼槳尖渦流場進行了高精度模擬，在槳葉網格上精細地捕捉到了槳尖渦的具體生成過程，在背景網格上捕捉到了更多圈數的槳尖渦尾跡，并對槳尖渦的演化機理進行了深入研究。結果表明：建立的高精度數值方法能夠有效地對旋翼槳
3、尖渦的生成和演化過程進行細致模擬；懸停狀態(tài)下旋翼槳尖氣流在上下表面壓力梯度的作用下經歷了邊界層增厚、逐漸卷起形成渦核以及最終脫離槳葉形成槳尖渦的過程。關鍵詞：槳尖渦；WENO格式；嵌套網格；計算流體力學；旋翼；直升機中圖分類號：V211．52文獻標識碼：A文章編號：1000—6893(2017)07—520846—11直升機以其獨特的垂直起降和空中懸停等特點在軍事和民用領域中發(fā)揮了重要的作用，而正是旋翼這個特殊部件賦予了直升機如此特異的性能。然而，也正是因為旋翼的存在，直升機也承受著各種氣動干擾問題，進而給直升機的噪聲和振動等帶來很大影響。在工作狀態(tài)下，旋翼的旋轉會產生較
4、強的渦流場，從槳葉尖端脫落的槳尖渦會與直升機的其他部件甚至是旋翼其他槳葉發(fā)生干擾，因此，開展旋翼槳尖渦的生成機理和演化過程研究具有重要的理論和實際意義。先前，旋翼槳尖渦的研究大多是通過試驗手段來開展的，而試驗技術水平則隨著現代測量設備的進步而提升。2000年，Heineck等[1]通過PIV(ParticleImageVelocimetry)對懸停狀態(tài)下旋翼o。～270。渦齡角的槳尖渦尾跡進行了測量，觀測到了旋翼槳尖渦的內部結構。同年，Martin等L21則采用PIV和LDV(LaserDopplerVeloci—metry)2種設備對旋翼槳尖渦進行了試驗，并詳細對比了這
5、2種方法的差異，為之后的試驗測量提供了較好的依據。2001年，Wong和Komer—ath[31使用LDV對低速前飛狀態(tài)下的旋翼槳尖渦進行了測量，獲得了其488。渦齡角內的槳尖渦尾跡分布。在此之后還有一些研究者對旋翼槳尖渦進行了試驗[4書]，雖然能夠直觀地顯示出旋翼槳葉脫落的槳尖渦，但由于試驗本身的局限性，卻不能對槳尖渦的具體生成過程進行捕捉并可視化，且不能觀測更大渦齡角范圍的槳收稿日期：2016—10—13；退修日期：2016—12—14；錄用日期：2016—12—22；網絡出版時間：2017—02—1609：36網絡出版地址：WWWcnkinet／kcms／detai
6、l／11．1929V．20170216．0936002．html基金項目：國家自然科學基金(11302103)；江蘇省研究生培養(yǎng)創(chuàng)新工程(KYLXl5—0238)；中央高校基本科研業(yè)務費專項資金*通訊作者．E—mail：ghxu@nuaa．educn；
7、用格武：葉舟，徐國華．吏勇杰旋翼槳尖渦生成及演化機理的高精度數值研究iJj航空學報t2017．38(7)：520846．YEZ．XUGH，SHIYJ．High-resolutionnumericalresearchonformationandevolutionmechanismefrotorbladetipvortexEJ
8、JActaAeronau—ticaetAstronauticaSinica，2017，38(7)：520846520846．1航空學報尖渦尾跡。近年來，隨著計算流體力學(CFD)技術的快速發(fā)展，使得采用數值模擬方法研究槳尖渦的生成及演化機理成為可能。數值方法能夠彌補試驗手段的不足，且成本更低，因此逐漸成為旋翼槳尖渦流場研究的熱點。例如，2007年，美國馬里蘭大學的Duraisamy等口3采用CFD方法對具有矩形槳尖的槳葉進行了槳尖渦的數值計算，其計算結果與試驗測量數據大體吻合，表明了CFD方法在槳尖渦研究中的可靠性。最近，一些
