共轴式双旋翼气动力特性计算研究.pdfVIP

● 共轴式双旋翼气动力特性的计算研究 童自力 孙茂 北京航空航天大学流体所，北京，100083) 摘要本文将在N-S方程中引入动量源项以取代桨叶作用的思想应用于共轴式双旋翼的气 动力计算；尾迹是用N·S方程求解的，故能更好地模拟两旋翼的干扰。计算结果与实验比较 表明．该方法能预估好共轴式取旋翼韵气动特性(以往的预定尾迹法需要用实验给出的尾迹才 能预估旋翼气动特性)。 ● 荚t词旋翼空气动力学动量源尾迹共轴式双旋翼 1．引言 旋翼气动力特性对直升机t行性能、稳定胜及操纵睫都很重要。双旋翼气动力计算早 先用滑流理论}1I，后来发展到预定尾涡模型【23j。滑流理论不计及尾迹畸变(其在两旋翼干扰 时更严重)；预定尾涡模型计及尾迹畸变和两尾迹的干扰，但需用实验给出尾迹。文献f4】将 自由涡模型推广至双旋翼尾迹的计算，但未计算气动力：且罔于涡线的奇性、位流涡模型 不能计及粘性影响．也不能很好地给出尾迹和两旋翼的干扰作用。最近本文作者用N．s方 程模拟的方法计算了共轴式双旋翼的流动15)，因是基丁流场的解，可较好地描述足涡系的 畸变和两旋翼尾迹的干扰。文献”’主要侧重于旋翼附近流场(下洗速度)的分忻，本文继续文 献p’的工作，用该方法计算双旋翼的气动力特性，与实验进行详细的比较，以检验其能否 估算好双旋翼气动特眭。主要结果表明：该方法可预估好双旋翼气动特陡，不再象以往的 ● 预定尾迹方法那样需用经验的方法给出旋翼尾迹，也没有自由涡方法的奇性及不能计及粘 陛的问题。 因不能同时顾及桨叶附近的细致流动(如叶片表面边界层)和尾迹中大尺度的流动(如桨 叶涡系)，我们采用了动量源项法”1．即将旋翼对流场的影响用桨叶。施与流体的动量来计及， 在N．S方程中引入动量源项，而不把桨叶看成物面。这样，整个流场中就不存在边界层那 样的小尺度区域了，可将大量的网格点用于计算两旋翼尾迹的硝互干扰。 2计算方法 2．1动量薄项方法的基本思想 ● 桨叶绕轴旋转，拍打空气，产生气动力(图la)．从流体微团的角度来看，流体微团感 受到的是动量的交换，可通过在N-S方程中引入动量源项来表示旋翼的这种作耳j， 具体的做法是：在展弦比较大的情况下，把桨叶看成一根细杆，沿展向分割成若干微 4 段，通i生升力线理论汁算细杆产生的力(蚓lb)流场感受到的是这个力的反作片j力，可用 动量源项来模拟细杆的这种作用(图1c)．桨叶生不同时刻处于不同位置，其对流场某点的 ． ’ 作距力只当其经过该点时才存在。求解旋翼气动性能时，只要求时均结果。设桨叶微段产 生气动力为F，如为微段扫过流体控制体的角度，则该力在此控制体上一周期的平均为 筹!。若有b片桨叶，则作用在流体控翩体的时间平均力勾： s：掣l呐 所驵，桨盘上控制体内就好象分布育天|J、正比于S的动量源(图】d)。将此动量源引入N-S 垆pP’● ∥ $ 甾1动萤源项方法示卷圈 力程}，僵i 3求解旋翼产生的尾迹所蒋导的氘场(动量渡的强度需在求解过程t尊迭代确定)， ‘ 要．详锄的描述见文献∽1。 2．2流动的求解 如图2所示取包含旋