计算网格对直升机前飞流动桨尖涡模拟的影响研究

【作者】 姜杰出； 高正红；

【机构】 西北工业大学航空学院飞行器设计系；

【摘要】 旋翼空气动力学在直升机设计中起着至关重要的作用。直升机前飞流场不具有旋转对称性,无法简化到旋转坐标系进行求解,需要采用拼接网格方法或者重叠网格方法来描述桨叶的运动。计算经验表明,网格的拓扑结构对计算结果的影响非常显著。然而,这种影响很难系统地、具体地描述,因为网格拓扑结构本身是一系列或复杂或抽象的因素的综合,包括空间疏密分布、网格过渡、网格单元质量、嵌套插值区域位置等。为了减小网格因素对计算结果的影响,一方面要结合模拟流场对象的具体流动特征,另一方面也要通过实际计算经验对网格进行有针对性的迭代修改。除了网格因素,数值格式也会显著影响旋翼流场的数值模拟结果。传统的数值格式为了抑制由于方程非线性产生的数值振荡,经常添加一定的人工粘性,加上低阶格式本身的数值耗散,导致在求解旋翼流场中,因旋翼桨尖涡在输运过程中的严重耗散。相对于传统的数值格式,高精度格式耗散小,为模拟旋翼产生的尾迹涡漩在流场中的输运、涡系之间的相互作用以及桨涡干扰提供了基础。为了精确模拟直升机旋翼-机身干扰现象,尤其是旋翼内/外桨尖涡洗流对机身表面流动的影响,设计了多种拓扑结构的嵌套网格系统,使用WENO5高阶格式对ROBIN外形前飞流场进行了RANS模拟。通过综合不同拓扑结构网格下的计算结果,总结出准确模拟直升机旋翼-机身干扰的网格设计准则。在该准则的指导下生成精细化网格进一步对直升机前飞流场进行了DES模拟。更多还原