旋翼VPM/CFD耦合模型的建立及其在小前进比气动分析中的应用

作     者：肖宇 徐国华 史勇杰 XIAO Yu;XU Guohua;SHI Yongjie

作者机构：南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室江苏南京210016 

出 版 物：《航空学报》 (Acta Aeronautica et Astronautica Sinica)

年 卷 期：2014年第35卷第6期

页      面：1530-1538页

核心收录：

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 080103[工学-流体力学] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(11302103) 航空科学基金(20135752055) 

主　　题：计算流体力学 VPM/CFD耦合 旋翼 桨-涡干扰 集中涡源模型 边界修正 

摘      要：为了提高旋翼计算流体力学(CFD)流场计算效率及克服其在尾迹捕捉上的不足,将旋翼黏性涡粒子方法(VPM)与CFD分析相结合,建立了一个新的旋翼VPM/CFD耦合气动分析模型。在该模型中,采用VPM分析以实现对旋翼尾迹中黏性涡的高效捕捉而不引入数值耗散,而采用CFD分析用于精确地模拟旋翼桨叶近体区域内复杂的流动现象,同时也为VPM分析提供一个较高精度的涡源模型。至于两者信息交换,则使用集中涡源法将CFD信息传递至VPM分析,而VPM计算得到的尾迹信息则通过边界修正施加至CFD域的远场边界上,从而可以鲁棒地实现CFD域与VPM域的耦合计算。在此基础上,对Helishape 7A旋翼小前进比前飞桨-涡干扰(BVI)状态进行了较为深入的气动分析,计算结果表明:与全CFD计算比较,建立的VPM/CFD耦合分析模型可以有效地避免旋翼尾迹区桨尖涡的数值耗散,从而更加可靠地捕捉桨-涡干扰状态下的桨叶非定常气动载荷脉动,同时对于本文算例,计算效率可以提高30%以上。