[发明专利]一种直升机旋翼/尾桨气动干扰数值仿真方法

说明书

本发明公开的直升机旋翼/尾桨气动干扰数值仿真方法，根据直升机相关参数建立了一种准确的旋翼/尾桨气动干扰的数值仿真模型，通过该数值仿真模型在各种状态下对旋翼/尾桨干扰流场进行CFD计算，并对比分析计算结果。本发明的数值仿真方法建立的旋翼/尾桨气动干扰的数值仿真模型在结果上更接近于实际的干扰结果。将不同的旋翼/尾桨参数输入到计算输入文件中，并进行计算，得出的干扰流场结果，就可以模拟直升机旋翼/尾桨在不同飞行状态的干扰情况，并避免了传统涡系方法中对旋翼/尾桨气动干扰进行计算而带来的误差，可直接服务于直升机设计、飞行性能计算以及飞行品质分析。

技术领域

本发明涉及直升机技术领域，具体是一种直升机旋翼/尾桨气动干扰数值仿真方法。

背景技术

直升机是部件间的气动干扰非常复杂，直接关系到直升机的性能和飞行品质。在过去，关于直升机孤立旋翼或孤立尾桨的研究已经开展了许多工作，然而，针对考虑真实情况的旋翼/尾桨非定常干扰的研究相对较少。1977年，Leverton等人针对Lynx直升机进行了飞行实测，以确定该直升机前飞时产生“啪啪”(“burble”)噪声的原因。Lynx直升机在最初设计中，尾桨的旋转方向是“底向后”，而当改变尾桨旋转方向为“底向前”时，“啪啪”(“burble”)噪声的问题得到了解决。近年来，德国Yin等人在近期的“EU‐HeliNOVI项目”中，针对BO‐105直升机的旋翼/尾桨干扰问题进行了试验研究。他们的研究结果与Leverton的是相反的，他们认为在爬升状态和平飞状态，尾桨旋转方向为“底向后”时的直升机平均噪声水平要低于尾桨旋转方向为“底向前”的水平。出现矛盾结论的原因是两者采用的直升机构型参数的不同，Lynx直升机尾桨相对于旋翼的位置要低于BO‐105直升机。由此可见，尾桨旋转方向和旋翼/尾桨相对位置对尾桨的气动噪声特性，乃至直升机的整体飞行性能都有很大影响。不同的飞行状态和旋翼/尾桨参数，会导致旋翼尾迹与尾桨的相遇位置不同，从而使得尾桨受干扰影响的特性不同。若采用试验方法对旋翼和尾桨受干扰的特性进行研究，一是成本过高，二是不能够仿真各种实际的飞行情况，比如特别危险的情形。而采用数值仿真方法对旋翼/尾桨干扰进行分析可大幅度减小试验成本和周期，也可方便地针对多种构型和各种状态下的旋翼/尾桨干扰特性进行研究。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种直升机旋翼/尾桨气动干扰数值仿真方法，该方法较准确地分析直升机的旋翼/尾桨干扰对其气动特性的影响，降低了研究成本，扩大了研究范围。

本发明公开的一种直升机旋翼/尾桨气动干扰数值仿真方法，包括以下步骤：

1)根据常规直升机的构型参数，确定旋翼和尾桨的展弦比以及相对位置，从而建立用于旋翼/尾桨气动干扰数值模拟的计算模型；

2)生成相应的旋翼和尾桨网格；

3)分别在悬停状态、低速前飞状态、中速前飞状态和高速前飞状态下，针对底向前和底向后尾桨、高位和低位尾桨，对旋翼/尾桨干扰流场进行CFD计算；

4)对比步骤3)中的计算结果，分析不同参数对旋翼/尾桨气动干扰的影响。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤3)中的CFD计算包括以下步骤：

301)读入直升机计算参数、旋翼和尾桨桨叶贴体网格以及背景网格；

302)对直升机旋翼和尾桨桨叶网格以及背景网格进行前处理；

303)对旋翼和尾桨网格在背景网格中进行挖洞和贡献单元搜索，并将两者的嵌套关系进行储存；

304)进行流场初始化；

305)更新直升机旋翼和尾桨桨叶网格坐标；

306)更新直升机旋翼和尾桨桨叶网格和背景网格之间的嵌套关系；