基于CFD/CSD耦合方法的旋翼气动弹性载荷计算分析

马砾， 招启军， 赵蒙蒙, 王博

南京航空航天大学 直升机旋翼动力学国家级重点实验室， 南京 210016

基于CFD/CSD耦合方法的旋翼气动弹性载荷计算分析

马砾， 招启军*， 赵蒙蒙, 王博

南京航空航天大学 直升机旋翼动力学国家级重点实验室， 南京 210016

为提高直升机前飞状态下旋翼非定常气动弹性载荷的预估精度，在旋翼气动弹性综合分析方法中引入旋翼CFD模块，建立了一套基于 CFD/CSD松耦合分析的计算方法和程序。为高效解决流固耦合方法中由于桨叶挥舞、扭转等弹性变形带来的旋翼贴体网格变形问题，采用基于代数变换方法的网格变形技术，桨叶运动变形量和旋翼气动力信息通过流固交接面传递。旋翼流场分析方法中，主控方程采用耦合S-A湍流模型的Navier-Stokes方程，围绕旋翼流场的网格采用结构嵌套网格方法生成，无黏通量计算采用Roe格式，时间推进采用双时间法。旋翼结构分析中，考虑旋翼配平，基于Hamilton变分原理和20自由度Timoshenko梁模型求解弹性旋翼非线性运动方程。分别对CSD和CFD方法进行验证，在此基础上，计算了SA349/2旋翼桨叶在前飞状态下的非定常气动力、挥舞弯矩、摆振弯矩和扭转力矩，并与飞行测试数据进行了对比。计算表明： CFD/CSD耦合方法可以显著提高旋翼非定常气动弹性载荷的分析精度，精确捕捉桨叶表面压强峰值、激波位置等，表明本文发展的旋翼CFD/CSD耦合方法可以有效地运用到旋翼气动弹性载荷的预测分析中。

旋翼； 气动弹性载荷； CFD/CSD耦合方法； Navier-Stokes方程； 网格变形技术；……