当前位置:文库下载 > 所有分类 > 工程科技 > 能源/化工 > 纵列式双旋翼悬停状态气动干扰特性参数影响分析
免费下载此文档

纵列式双旋翼悬停状态气动干扰特性参数影响分析

156空 气 动 力 学 学 报

[5]

第29卷

进的CFD方法研究双旋翼流场干扰问题,这代表了迹涡龄角。为了得到正确的尾迹形状,必须对涡线的控制方程进行数值离散和求解。方程(1)虽然形式上较简单,然而它的求解却相当困难。这是因为当地的流速既包含自由流速度,也包括纵列式双旋翼尾迹所有涡结构的互诱导和自诱导速度。而且物理上,直升机旋翼的尾迹是不稳定的。这给尾迹方程的求解带来了很大的困难,早先的方法大多是显式的时间步进法

[9]

将来的发展方向。但是,CFD方法对计算资源要求很高,而且数值耗散仍然比较明显,尤其对于以涡为主要特征的双旋翼气动干扰特性目前还处于发展阶段。对于纵列式双旋翼直升机而言,在两旋翼的重叠区域,不仅旋翼自身存在桨-涡干扰,旋翼与旋翼之间也存在着强烈的桨-涡干扰和涡-涡干扰,对于这样一个涡线干扰占主导的问题,直接从求解尾迹涡线支配方程出发的涡流理论(尾迹分析)方法可能是一个更便捷的方法。

悬停是直升机区别于别的飞行器的主要特征之一。悬停状态,前旋翼桨盘部分处在上方的后旋翼涡尾迹之中,旋翼与旋翼、旋翼与尾迹、尾迹与尾迹之间会产生严重的气动干扰。两旋翼及尾迹的相互干扰,使其流场和气动特性相对于单旋翼发生了较大变化,且比单旋翼情况更为复杂。双旋翼的气动干扰最终也直接影响了两旋翼的性能。为此,本文拟建立一个适合于纵列式气动性能分析的自由尾迹耦合迭代方法,用于双旋翼气动干扰特性计算及参数影响分析。本文还首次定义了双旋翼干扰系数以及双旋翼附加功率因子,以便更好地研究纵列式双旋翼的气动干扰特性并与单旋翼进行对比。并以此为参数,较系统地研究了双旋翼不同结构布局时的变化规律。

。显式时

间步进法一个主要问题就是数值计算的不稳定。后来,一些研究者试图采用引入数值阻尼的方法以部分克服这个问题,但引入数值阻尼的同时也给尾迹施加了力,自由尾迹不承力的条件被破坏,其结果不能可靠地使用。松弛迭代法相比于显示时间步进法具有更好的数值稳定特性,本文采用松弛迭代方法空间域给定初值,如下式所示

r( ,0)=rtip[(cos n n s)]i+0cos cos s+si0si

cos 0sin j+(sin n 0cos s-cos 0cos sis)k(2) r( , , W)=r( +2 W)

盘倾角。

桨叶的环量分布由3/4弦线位置的各控制点满足桨叶不穿透边界条件来求解,即

(3)

式中,rtip是桨尖涡脱出位置, 0为旋翼锥度角, s为桨

[10]

方程(1)求解时,还需在时间域给定边界条件以及

1 计算方法和模型

1.1 用于双旋翼气动干扰计算的自由尾迹模型

按照自由尾迹的定义,涡线在流场中自由地以当地速度移动,在数学上可写成如下常微分方程

dr( , W)

=V(r( , W))dt

(1)

A

j=1

M

ij j=n (V0+v11+v12+v21+v22)

(4)

式中: 表示桨叶附着环量,M为控制点总数,A 则是由附着环量和尾迹诱导的影响系数,右端v 代表两旋翼对控制点的诱导速度,n为法向矢量。

求出桨叶各段的附着涡环量后,便可以按毕奥-萨伐尔定律确定涡线对空间计算点诱导速度以及桨盘平面的入流,其计算公式为

(5)

式中,r是尾迹点的位置矢量, 是桨叶方位角, W是尾 V(r( , W))=

n

i=1

, 1 ( j, W)d j (r( W)-r( j, W)) h/4 c+h4 W)-r( j, W)

式中,r( j, W)是流场中的计算点的位置矢量, 是涡线的环量,h为计算点到涡线的垂直距离,rc是涡核半径。为模拟涡核随时间的耗散效应寿命角变化,变化规律如下

rc=2.242

0(6)

[11]

[12]

。对于一前一后不对称的纵列式双旋翼,其配平与

单旋翼是不同的,需要将两旋翼耦合在一起进行配平,这将增加尾迹求解的时间。为了提高计算效率,本节给出一个新的用于纵列式双旋翼的配平模型。通常,单旋翼的操纵量配平的思路为:固定旋翼的轴倾角和前飞速度,调整总距角 0.7和周期变距角 1c、1s,再通过挥舞方程求解桨盘后倒角a1、侧倾角b1。然后,将得到的旋翼拉力系数CT和桨盘后倒角a1、侧倾角b1与预先给定的值相比较。在反复迭代计算后,得到收敛的方程解。而在本文,将目标值定为旋翼拉力系数CT、旋翼俯仰力矩My以x。,,允许涡核半径随

其中, 是湍流粘性系数, 是运动粘性系数,得到了桨盘入流分布后就可以确定桨叶剖面的气动力,进而求出旋翼气动力。

1.2 计入气动干扰的双旋翼配平模型

上一页第2页

免费下载Word文档免费下载:纵列式双旋翼悬停状态气动干扰特性参数影响分析

(下载1-8页,共8页)

我要评论

返回顶部