基于CFD-CDS耦合的旋翼氣動彈性數(shù)值模擬.pdf

1、基于CFD/CSD耦合的旋翼氣動彈性數(shù)值模擬方法是直升機(jī)空氣動力學(xué)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。本文針對其中的關(guān)鍵問題，發(fā)展了適用于直升機(jī)旋翼流場數(shù)值模擬的高效CFD方法和旋翼槳葉結(jié)構(gòu)動力模型，建立了考慮旋翼配平和彈性的CFD/CSD耦合數(shù)值模擬方法，并開發(fā)了相應(yīng)的通用計算程序。
　　 發(fā)展了一套適用于可壓/不可壓、定常/非定常粘性流場的高效、統(tǒng)一的數(shù)值模擬方法。以混合網(wǎng)格有限體積法為基礎(chǔ)，使用Median-Dual格點(diǎn)格式離散控制體，

2、空間離散為二階精度。對流通量計算格式有JST、Roe和HLLC等格式。湍流模型包含一方程SA模型和兩方程SST模型，并加入DES和物面函數(shù)選項。時間離散采用LU-SGS和二階時間精度的雙時間步長方法，并引入低速預(yù)處理加速收斂技術(shù)。研究發(fā)展了適用于旋翼槳葉、固定翼飛行器彈性變形的Delaunay圖映射新型動網(wǎng)格方法，并結(jié)合對輔助點(diǎn)的彈簧變形，提高該方法的變形效率和網(wǎng)格質(zhì)量。發(fā)展了格點(diǎn)格式滑移網(wǎng)格方法，以適應(yīng)旋翼前飛條件下的數(shù)值模擬需要。針

3、對并行計算環(huán)境、混合/非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格區(qū)域分裂方法、分區(qū)邊界處理策略、隱式并行方法進(jìn)行研究，發(fā)展了一套基于隱式Hybrid LU-SGS方法的高效并行計算技術(shù)。通過若干算例對精度、收斂性、隱式LU-SGS收斂效率、并行加速比、并行效率、數(shù)值格式、湍流模型、低速預(yù)處理方法、動網(wǎng)格方法和滑移網(wǎng)格方法進(jìn)行驗證。
　　 耦合CFD方法和結(jié)構(gòu)模態(tài)方程進(jìn)行氣動彈性數(shù)值模擬研究。結(jié)合CFD/CSD耦合過程中采用的力和位移精確插值的薄平板樣條法、無限

4、平板樣條法、常體積轉(zhuǎn)換法，討論了CFD/CSD耦合策略中松耦合、緊耦合和改進(jìn)松耦合對顫振邊界預(yù)測的影響。并考核AGARD445.6機(jī)翼靜氣彈和顫振算例。計算結(jié)果表明RANS計算得到的顫振邊界要優(yōu)于使用Euler計算得到的結(jié)果，這種優(yōu)勢在跨聲速和超聲速段表現(xiàn)得尤為突出。
　　 槳葉結(jié)構(gòu)模型可認(rèn)為是耦合揮舞、擺振、彈性扭轉(zhuǎn)和軸向變形運(yùn)動的非線性中等變形梁。引入無量綱原則和量級約定推導(dǎo)并建立了槳葉非線性動力學(xué)方程。基于哈密頓原理分別對