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北京航空航天大学学报 2023年第12期49卷 3355-3364页

作者：孙钰锟王珑王同光马帅钱耀如南京航空航天大学江苏省风力机设计高技术研究重点实验室南京210016 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所绵阳621000 南京工程学院能源研究院南京210016

为解决当前翼型优化中广泛使用的冻结湍流黏性假设存在的固有缺陷和基于Spalart-Allmaras(S-A)全湍流伴随中湍流模型对气动力计算精度较差的问题,提出一套新的翼型优化方法,其耦合了全湍流连续伴随求解、剪切应力传递(SST)湍流模型封闭... 详细信息

为解决当前翼型优化中广泛使用的冻结湍流黏性假设存在的固有缺陷和基于Spalart-Allmaras(S-A)全湍流伴随中湍流模型对气动力计算精度较差的问题,提出一套新的翼型优化方法,其耦合了全湍流连续伴随求解、剪切应力传递(SST)湍流模型封闭的雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程、自由变形参数化方法和动网格变形技术。基于所提方法,在气动力系数相较于S-A模型有更高捕捉精度的基础上,对NPL9615翼型以最大升阻比为优化目标,并与冻结湍流黏性假设方法对比。结果表明:所提方法将原有翼型的升阻比提高了16.39%,而冻结湍流黏性假设方法获得最终翼型的升阻比仅提高了原有翼型的9.84%,说明所提方法在最优外形的获取上要领先于冻结湍流黏性假设,并且当翼型周围的湍流动能显著提高时,其优势愈发扩大。

关键词：全湍流伴随剪切应力传递冻结湍流黏性假设自由变形参数化方法动网格技术尾桨翼型

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侧风下孤立尾桨的气动特性和抗侧风优化

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航空学报 2023年第10期44卷 60-76页

作者：孙钰锟王珑王同光钱耀如郑全伟南京航空航天大学江苏省风力机设计高技术研究重点实验室南京210016 南京工程学院能源研究院南京211167

尾桨涡环严重危害了直升机飞行安全,为探讨涡环对桨盘附近诱导速度场的影响和解释桨叶拉力非定常脉动的原因,构建了一套基于非定常雷诺平均Navier-Stokes方程的尾桨涡环数值计算方法,并结合叶素动量理论和圆线涡环模型进行气动分析。同... 详细信息

尾桨涡环严重危害了直升机飞行安全,为探讨涡环对桨盘附近诱导速度场的影响和解释桨叶拉力非定常脉动的原因,构建了一套基于非定常雷诺平均Navier-Stokes方程的尾桨涡环数值计算方法,并结合叶素动量理论和圆线涡环模型进行气动分析。同时,为解决当前翼型优化中广泛使用的冻结湍流黏性假设存在的固有缺陷,建立了一套全湍流连续伴随的翼型优化框架,获得的翼型用于尾桨设计以提高尾桨抗侧风能力。结果表明,桨盘附近诱导速度场对侧风入流速度十分敏感,在典型涡环状态下,14.65 m/s侧风导致涡环的涡强增大且不断改变,引发翼剖面的有效攻角随桨盘附近风速动态减小,进而尾桨拉力下降至原有的58.5%并伴有高频脉动。全湍流连续伴随在最优外形的获取上则要领先于冻结湍流黏性假设,最佳翼型获得的尾桨相较于原始尾桨的拉力提高了10.9%,悬停效率提高了3.9%,扩大了尾桨进入涡环的临界侧风速度。

关键词：侧风环境尾桨涡环尾桨抗侧风翼型优化全湍流伴随

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直升机孤立尾桨涡环数值模拟及尾桨抗侧风研究

直升机孤立尾桨涡环数值模拟及尾桨抗侧风研究

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作者：孙钰锟南京航空航天大学

学位级别：硕士

直升机尾桨涡环状态是直升机的一种特殊飞行状态。进入该状态后,尾桨因不能产生足够的推力来抵消主旋翼的反扭矩,导致机身在航向方向会出现自动偏转和强烈抖动现象,危及直升机的飞行安全。因此,揭示尾桨涡环流场中涡系的演化机理,增强... 详细信息

直升机尾桨涡环状态是直升机的一种特殊飞行状态。进入该状态后,尾桨因不能产生足够的推力来抵消主旋翼的反扭矩,导致机身在航向方向会出现自动偏转和强烈抖动现象,危及直升机的飞行安全。因此,揭示尾桨涡环流场中涡系的演化机理,增强尾桨的抗侧风能力,扩大直升机在侧风下安全飞行范围的研究工作至关重要。本文以研究尾桨涡环流场特征和探索一套抗侧风尾桨方案开展了大量的数值模拟和优化研究工作,主要有以下几方面的内容:首先,发展了一套适用于尾桨非定常流场的高效、较高精度的CFD数值模拟方法。基于该方法引入了重叠网格技术开展了一系列侧风速度下孤立尾桨流场中涡系的演化规律和气动力特性进行了数值研究,且重点分析了孤立尾桨典型涡环状态下气动力脉动的根本性原因,所做的工作为后续的优化工作奠定了坚实的前期理论基础。接着,构建了一套基于全湍流伴随的翼型优化方法。该方法从翼型的流场控制方程为出发点,耦合了SST湍流模型、伴随方程、自由变形参数化方法和弹簧动网格技术。并将该套优化系统应用于Lynx尾桨基础翼型,以最大升阻比为目标开展了多轮次循环优化,优化后的翼型升阻比相较于基础翼型得到了显著提高,尤其是在升力系数方面。最后,引入多重参考系与周期边界耦合的方法来对优化尾桨的无风悬停流场实现快速精确的数值仿真。证实了优化尾桨在气动力特性上相较于基础尾桨有着显著的提高,且针对该优化桨叶在原始桨叶涡环状态(VRS2)的侧风速度下进行数值计算,证明了该优化方案能够有效的提高尾桨的抗侧风能力、扩大直升机在侧风下的安全飞行范围。

关键词：直升机尾桨涡环状态重叠网格技术翼型优化全湍流伴随

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