纵列式双旋翼直升机气动力和流场的数值模拟

王彩枫，杨永飞，林永峰，黄明恪

(1.中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333001;2.南京航空航天大学航空宇航学院，江苏南京 210016)

0 引言

纵列式直升机旋翼的尾迹受前飞自由流、机身和旋翼之间的干扰影响，旋翼尾迹不仅影响机身的空气动力，也影响旋翼自身的空气动力特性。因此，旋翼之间以及旋翼和机身的相互干扰一直是直升机空气动力学中的重要课题。经典的旋翼涡流理论，无论是固定尾迹还是自由尾迹模型，都不能考虑机身的影响，因为它们都是以无旋位流理论为基础，用线涡系来模拟尾迹。欧拉方程是精确的无粘气体动力学方程组，可以模拟有旋流动。用欧拉方程计算无需专门考虑翼面后的尾迹旋涡，它们会自动地包含在计算结果之中。对直升机来说，能比较容易地考虑旋翼之间以及旋翼和机身的相互干扰。

本文应用计算流体力学(CFD)方法，采用自适应非结构直角网格和欧拉方程计算双旋翼直升机全机绕流。直升机绕流多为非定常流，但是，如果采用非定常来处理，计算时间很长，难以在工程上应用。本文采用的方法是对直升机桨盘平面进行时间和空间的平均［1-4］，从而将非定常问题转化为定常问题。将桨盘平面看作是气流可穿透的压力不连续面［5］，采用CFD方法计算流场。由计算得到的桨盘平面位置的流动速度，再用叶素理论计算作用在旋翼上的气动力，然后将旋翼上的气动力进行时间和空间的平均，转化为桨盘平面上的压力差，再转回到CFD计算，从而构成迭代循环(见图1)。……