基于高精度格式的直升机流场模拟

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旋翼作为直升机主要升力来源,其气动特性对直升机的噪声水平,振动水平,飞行性能,飞行品质有着不小的影响。因此,运用高精度数值格式对旋翼涡流场进行有效模拟以准确预测旋翼空气动力学特性对于直升机的发展十分重要。
  第一章主要介绍了本文的研究背景以及旋翼流场数值模拟,高精度格式和直升机干扰流场数值模拟等相关领域的国内外研究现状,表明了发展旋翼涡流场高精度数值模拟方法和研究直升机旋翼/机身等气动干扰问题的重要意义,并给出了本文的主要研究内容。
  第二章基于三维RANS方程,发展了一套针对格心格式的低耗散性的高精度旋翼CFD方法。其中,空间离散方法对流通量的计算在笛卡尔背景网格上采用七阶Roe-WENO格式以降低桨尖涡输运过程中的数值耗散,在贴体非结构网格上采用 Roe-分段线性格式;时间离散方法采用双时间隐式LU-SGS方法进行时间推进。
  第三章主要介绍了针对格心格式求解器的非结构嵌套网格算法,并介绍了相关的宿主单元搜索,物面距求解和嵌套网格间数值传递等技术。
  第四章,运用前文建立的高精度旋翼CFD方法对悬停状态的不同外形的旋翼涡流场进行了计算,并将计算结果与实验值进行了对比,说明了本文高精度旋翼CFD方法的有效性;同时将旋翼涡流场的桨尖涡捕捉效果与JST 格式进行了对比,体现了本文高精度旋翼CFD方法数值耗散低的特点。之后将前文建立的高精度旋翼CFD方法应用到直升机旋翼/机身气动干扰流场计算中,并将计算结果与实验数据进行了对比,表明了本文高精度CFD方法对直升机旋翼/机身气动干扰流场计算的有效性。
  第五章,进一步将前文建立的高精度CFD方法扩展到双推进螺旋桨构型复合式高速直升机全机流场计算中,对悬停状态该构型复合式高速直升机全机流场的干扰特性进行了深入计算和分析,并将不同组合状态下的流场计算结果进行了对比,以得出一些关于该构型复合式高速直升机全机流场干扰特性的结论,为将来这种构型直升机的设计提供参考。
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