旋翼尾流与地面干扰时地面涡现象的研究oalib.pdfVIP

第 30 卷 第 5 期 力 　学 　学 　报 Vol. 30 ,No. 5 1998 年 9 月 ACTA MECHAN ICA SIN ICA Sept . , 1998 旋翼尾流与地面干扰时地面涡现象的研究1) 康 　宁 　　孙 　茂 (北京航空航天大学流体力学研究所 ,北京 100083) 摘要 　用 N - S 方程对近地飞行时旋翼尾流与地面干扰时产生的地面涡现象进行了数值计算 旋翼 对流场的作用由分布在特定区域内的动量源项模拟 结果表明 ,旋翼尾流撞到地面后的卷起和轴向 ( 流动的拉伸作用是形成地面涡的原因 ;地面边界层形成的二次分离涡向地面涡内输入 与尾流所携带 ) 的涡量 相反的涡量 ,而使地面涡保持平衡 ;地面涡的存在和运动使旋翼附近流场大大改变 关键词 　旋翼尾流 ,地面涡 引 　言 旋翼近地飞行时 ,其尾迹如同射流 ,冲撞在 地面上 , 并受来流的影响 , 将卷起一马蹄形旋 ( ) 涡 ,称为地面涡 图 1 直升机在海面平台上工 作 ,或进行援救 ,特别是执行军事任务时 , 需要 近地飞行 , 因而会产生地面涡现象 还有 , 垂 直、短距离起降的飞机 ,其发动机喷流撞于地面 图 1 　旋翼纵向对称面内流动示意图 时 ,也会产生地面涡 ,旋涡扬起热气及灰土会重 Fig1 　Illustration of the flow field in the 新被吸入进气道 可见研究旋翼尾流与地面的 longitudinal symmetry plane of the rotor 干扰及地面涡现象有重要的应用价值 ,也有一般意义 由于地面涡的流动现象较复杂, 以往主要 ( ) 是采用实验的方法进行研究的 如文献[1 ,2 ] 但是实验所测得的流场一般只是一、两个典型剖 面的流场 ,只能了解流场的大致结构 ,因而不能了解尾流与地面相撞所产生地面涡的三维结构 , 更不易看到流动的细致情况 , 比如地面边界层内的二次涡以及地面涡后面的复杂现象 现在随 着计算机的发展 , 已可用数值模拟的方法来研究旋翼的尾流与地面的干扰及地面涡现象 我们 在文献[3 ] 中用 586 微机求解 N - S 方程 ,模拟旋翼尾迹与地面的干扰 由于网格较稀, 只给出 了流场的大尺度结构 这里我们使用小巨型机 ,得以在旋翼尾迹区域及地面边界层区域里用足 够密的网格 ,给出流场的细致结构 ;基于这些流场结构 ,较深入和系统地分析了地面涡现象和其 对旋翼附近流场的影响 1 　计算方法 早期计算旋翼尾流的方法是涡流理论 它是机翼升力线理论的推广 由于它是基于位流涡 ( ) ( ) ( ) 涡线 的模型 将尾流用螺旋型涡线来模拟 ,不便用来模拟尾迹与其它物体 如地面 的干扰时 1) 航空科学基金资助项目 1997 - 01 - 20 收到第一稿 , 1998 - 03 - 06 收到修改稿 　　　　　　　 力 　　学 　　学 　　报 1998 年 第 30 卷 616