基于高精度算法的新型槳尖旋翼流場(chǎng)模擬.pdf

1、旋翼是直升機(jī)關(guān)鍵的氣動(dòng)部件，其始終工作在復(fù)雜多變的自身渦流環(huán)境中，這對(duì)直升機(jī)氣動(dòng)特性造成重要影響，因此旋翼流場(chǎng)及氣動(dòng)特性的分析計(jì)算一直是直升機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)，尤其是針對(duì)旋翼渦流場(chǎng)中槳尖渦的生成與演化過(guò)程的計(jì)算模擬。為提高旋翼氣動(dòng)性能而提出的多種不同新型旋翼槳葉氣動(dòng)外形，則進(jìn)一步加大了旋翼渦流場(chǎng)及氣動(dòng)特性模擬的難度。本文以此為研究背景，開(kāi)展了新型槳尖旋翼流場(chǎng)的高精度CFD算法研究，具體內(nèi)容如下：
　　作為前提和背景，第一章

2、主要闡述了旋翼CFD方法、新型槳尖旋翼和高精度算法的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，指出了開(kāi)展針對(duì)新型槳尖旋翼流場(chǎng)及氣動(dòng)特性模擬的高精度算法研究的重要意義，并給出了本文的主要研究?jī)?nèi)容。
　　第二章，考慮到新型槳尖旋翼的復(fù)雜氣動(dòng)外形，基于Poisson方程求解方法，構(gòu)建了一套適合于新型槳尖旋翼的參數(shù)化網(wǎng)格生成方法。以此為基礎(chǔ)，考慮槳葉的旋轉(zhuǎn)、揮舞、變距等運(yùn)動(dòng)，建立了滿足旋翼前飛非定常流場(chǎng)模擬的運(yùn)動(dòng)嵌套網(wǎng)格方法；采用了“擾動(dòng)衍射”方法和Inverse

3、 map方法，解決了運(yùn)動(dòng)嵌套網(wǎng)格技術(shù)中的洞單元識(shí)別和貢獻(xiàn)單元搜索的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　第三章，基于三維可壓RANS方程和一方程S-A湍流模型，建立了一套適合于旋翼非定常流場(chǎng)模擬的CFD方法。其中，為降低非物理數(shù)值耗散，采用了ROE格式對(duì)無(wú)粘通量進(jìn)行離散；采用雙時(shí)間方法進(jìn)行物理時(shí)間和偽時(shí)間的推進(jìn)，其中偽時(shí)間的迭代采用了高效的隱式LU-SGS算法；同時(shí)采用了OpenMP并行技術(shù)來(lái)進(jìn)一步提高旋翼非定常流場(chǎng)的計(jì)算效率。
　　第四章，為提

4、高旋翼流場(chǎng)計(jì)算算法的精度和降低對(duì)流通量計(jì)算格式的數(shù)值耗散，研究了高精度WENO格式的構(gòu)造。從一維雙曲守恒方程出發(fā)，通過(guò)對(duì)WENO格式的網(wǎng)格模板的選取、插值多項(xiàng)式的構(gòu)造、權(quán)重系數(shù)的選擇和光滑性系數(shù)的計(jì)算，推導(dǎo)出高精度WENO格式的構(gòu)造格式，并將其應(yīng)用于ROE格式左右變量的重構(gòu)中。對(duì)典型二維旋翼翼型和三維機(jī)翼算例進(jìn)行了計(jì)算，驗(yàn)證了WENO格式的較高分辨率和較低數(shù)值耗散特性。
　　第五章，運(yùn)用建立的高精度CFD方法，分別對(duì)懸停和前飛狀態(tài)