基于滑移网格模型,通过求解三维非定常N-S方程,数值研究了涵道螺旋桨非定常旋转流场特性,比较研究了普通螺旋桨与涵道螺旋桨的推力、压力、流线等的分布规律,分析了涵道螺旋桨的气动机理。结果显示,虽然涵道螺旋桨产生的拉力小于普通螺旋桨,但涵道会产生附加推力,所以涵道螺旋桨总拉力大于普通螺旋桨,且总扭矩较小,因此气动效率更高。涵道提高螺旋桨气动效率的机理主要有三点一是减小了滑流速度,螺旋桨产生的推力减小,但滑流损失降低;二是涵道减小了滑流区域环向诱导速度,从而减小了滑流区静压损失;三是涵道改变了螺旋桨桨尖绕流特性,消除了桨尖分离涡和叶素表面分离涡,从而增大桨尖部位叶素升阻比。

建立间断伽辽金方法并将其应用于直升机旋翼桨尖涡演化和气动特性的精确模拟。首先,选取旋转参考坐标系下的雷诺平均N-S方程作为控制方程,采用嵌套网格方法对旋翼流场进行模拟,在桨叶网格和背景网格上分别采用有限体积法和间断伽辽金法。此外,空间离散采用高分辨率、低耗散的Harten-Lax-Van Leer contact(HLLC)格式,时间离散采用显式三阶龙格-库塔格式。然后,采用所建立的CFD方法对C-T旋翼的气动特性和桨尖涡演化进行了数值模拟,计算结果与试验数据吻合较好,很好地验证了间断伽辽金方法的准确性,展示了其相较于有限体积方法在捕捉桨尖涡细节方面的优势。最后,对比分析了在不同桨尖马赫数和旋翼总距下旋翼桨尖涡的演化规律。

直升机垂直下降状态中包含极为危险的涡环状态.为提高对涡环状态的认识以及掌握其气动载荷、流场变化,并为相应数值模拟及飞行仿真提供试验数据,采用直升机垂直升降试验台以及大视场PIV试验测量系统在Φ5 m立式风洞对Bo-105旋翼模型进行了垂直下降状态的气动载荷以及流场测量.在桨尖马赫数相似的情况下,得到了该旋翼模型在不同总距、不同下降速度情况下的平均拉力和功率变化,以及较大范围的详细流场图像,分析了旋翼模型气动载荷变化现象,并进一步揭示了旋翼模型垂直下降状态下流场的演化发展过程.试验研究表明:旋翼模型垂直下降速度达到8 m/s后,拉力和功率急剧下降,且其各自均方根误差值显著增大;旋翼模型总距越小,对应的旋翼拉力值随垂直下降速度增大而迅速减小,越易进入"涡环状态";桨尖涡结构不稳定的主要内因是形成了"涡对"结构,相...