基于CFD方法的先進旋翼氣動特性數(shù)值模擬及優(yōu)化研究.pdf

1、具有非常規(guī)槳葉氣動外形的先進旋翼的氣動特性數(shù)值模擬及優(yōu)化設計方法研究是直升機空氣動力學領域富有挑戰(zhàn)性的研究課題。本文一方面開展了適合于優(yōu)化分析的高精度CFD旋翼氣動外形計算方法研究，發(fā)展了相應的網(wǎng)格技術和流場求解器，進行了槳葉外形參數(shù)對旋翼氣動性能的影響分析及優(yōu)化研究。另一方面，提出了“CLOR”先進旋翼的改進設計—“CLOR-Ⅱ”，開展了懸停、前飛狀態(tài)氣動特性試驗研究以及外場氣動噪聲試驗研究。主要工作包括以下幾個方面:
　　作為

2、前提和背景，本文首先闡述了槳葉氣動外形對直升機旋翼流場和氣動特性的重要影響，并對直升機旋翼流場數(shù)值模擬技術及氣動特性研究、旋翼氣動外形研究、旋翼氣動外形優(yōu)化設計研究等內容的國內外現(xiàn)狀進行了概述，指出了現(xiàn)有研究中存在的不足以及難點，提出了本文擬采用的研究方法和內容。
　　根據(jù)氣動外形優(yōu)化設計的需要，第二章建立了一種高效、魯棒的參數(shù)化槳葉網(wǎng)格生成方法。同時根據(jù)網(wǎng)格特點給出了一個新的快速、自動的運動嵌套網(wǎng)格間單元對應關系判斷策略，以用于

3、運動嵌套網(wǎng)格單元判定和貢獻單元搜索。
　　以槳葉網(wǎng)格生成技術為基礎，結合運動嵌套網(wǎng)格技術，本文又發(fā)展了適合于懸停和前飛狀態(tài)旋翼流場數(shù)值計算的方法。為更好地模擬旋翼尾跡的影響，空間離散采用了低耗散的Roe-MUSCL計算格式，為計入槳葉近場的粘性影響，采用了魯棒性好的B-L湍流模型，并采用了對稱邊界條件、隱式殘值光順、當?shù)貢r間步長等方法加速流場計算。作為算例驗證，應用該方法計算了具有不同槳葉氣動外形的旋翼的流場特性，并與可得到的試驗

4、結果進行了對比。
　　應用上一章建立的流場數(shù)值方法，開展了旋翼翼型、后掠、下反等外形參數(shù)的影響研究。分別計算了不同彎度、最大彎度位置和厚度等翼型參數(shù)對旋翼氣動特性的影響，分析了后掠、下反槳尖不同起始位置和變化角度對旋翼氣動特性影響的特點。
　　然后，將前文建立的CFD方法和代理模型方法相結合展開了旋翼槳葉氣動外形的優(yōu)化研究。分別對旋翼扭轉、后掠和下反等參數(shù)進行了優(yōu)化計算與分析，并與參考槳葉進行了對比，驗證了優(yōu)化方法的有效性，