基于激励盘理论的螺旋桨飞机气动特性快速分析方法

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螺旋桨旋转所产生的复杂非定常流场一直是研究领域的热点,滑流作为螺旋桨主要气动效应之一,本文为实现螺旋桨飞机优化设计阶段快速分析滑流影响的目标,依据激励盘理论发展并完善了原有的自编求解程序Star,在简化实际螺旋桨构型的基础上求解定常RANS方程,模拟了螺旋桨滑流对飞机气动特性的影响。1)完善了现有自编RANS方程求解程序,并针对两种螺旋桨飞机无动力构型进行了多种工况下的气动特性分析,数值模拟结果能够良好地反映实验数据趋势,同时可以较好地捕捉到失速迎角。2)基于螺旋桨动量理论和叶素理论,以激励盘源项的形式在原有自编求解程序中添加了螺旋桨滑流的影响,激励盘的径向载荷分布形式可分别采用常数分布、线性分布、三角形分布和基于叶素分布,通过对经典算例的计算分析,在验证所发展的激励盘源项可靠性的同时,选取出计算结果更为准确的径向载荷三角形分布和基于叶素分布两种分布形式用于后续计算。3)采用本文所发展的气动特性分析方法,针对两种螺旋桨飞机,分析了螺旋桨滑流对飞机气动特性的影响,计算结果表明,螺旋桨滑流作用下飞机升阻力系数均有不同程度的增大,滑流旋转效应会引起机翼表面压强系数在短舱两侧的不对称分布,并且该分布与螺旋桨旋向有关,同时滑流加速效应会对襟翼和平尾的升力有所提升。程序计算结果与风洞数据吻合度较高,流场结构合理,此方法能有效处理螺旋桨滑流问题。
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