复杂前体尾流对降落伞的气动干扰研究

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旋翼机凭借其操纵性能好、不受地形限制等优点得到了广泛应用,为进一步提升安全性能和使用价值,伞降回收逐渐成为旋翼机发展的关键技术之一。为掌握旋翼机尾流对降落伞的气动干扰机理,本文分别对圆锥形空投件和旋翼机两类复杂尾流影响下的降落伞流场开展研究,具体工作如下:首先,提出高精度非定常粘性绕流数值方法,对圆形降落伞非定常绕流进行计算,探讨了湍流模型、求解算法对流场粘性计算以及瞬态计算效率的影响,结果表明该方法对非定常粘性绕流求解具有较高的计算效率和准确性,同时能捕捉到更多的尾涡细节变化。随后,对空投件-降落伞非定常绕流流场进行计算,系统性探究了物伞结构参数(拖曳比、直径比)、来流速度对前体尾流形成以及降落伞气动性能的影响,分析了复合流场分布、物伞尾涡演变以及伞衣气动特性等的变化规律。发现拖曳比越小、投影直径比越大,可能形成“闭式流动”,尾流区的流场压力、速度变化梯度增加,前体尾涡对降落伞的影响增强,伞衣入口涡量分布紊乱;随来流速度增加尾流区动压损失增加,伞衣阻力系数减小。针对旋翼非定常流场求解难度高、计算效率低以及动态网格更新效率低、适应差等问题,本文提出了高效旋翼非定常流场数值方法,建立了优化的网格更新模型,旋翼悬停流场计算结果与试验较为吻合。在此基础上,对旋翼机-降落伞复合流场进行计算,研究了旋翼机尾流对降落伞流场及其工作性能的非定常影响。由于旋翼的非定常扰动,旋翼机尾流区影响范围增大,流场速度、压力及涡量分布紊乱;尾涡对降落伞产生强烈的持续性影响,伞衣入口的旋涡强度发生着脉动变化;随旋翼转速和桨叶角增加,伞衣阻力系数逐渐减小。本文所开展的空投件和旋翼机对降落伞影响研究工作,揭示了两类复杂前体尾流对降落伞的气动干扰机理,可为旋翼机伞降回收系统的设计提供部分参考。
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