基于广义动态尾迹模型的旋翼入流计算方法.pdf

第二十一届(加。5〕全国直升机年会论文基于广义动态尾迹模型的旋翼入流计算方法娄红顺李春华徐国华南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室,) 摘耍:本文详细描述了基于广义尾迹模型的旋翼入流计算方法,以及该棋型中关键的质盈、影响系数和力的矩阵,给出了计算流程图,并结合了旋舞配平分析使用该棋型,计算了旋具在两种不同前进比时的诱导人流分布,并与可得到的实验数据进行了对比。以验证计算结果的可靠性。然后,采用该棋型对直9直升机的旋界人流特性进行了计算和分析,给出了相关的结论。,引言旋冀人流的准确预测是分析桨叶气动特性的关键。对于旋翼的非定常诱导人流分析, 目前主要有只类方法:自由尾迹、动态人流以及CFD方法。动态人流理论通过建立旋冀气动力(拉力、俯仰、滚转力矩)与人流(定常流、横向和纵向人流)分布之间的线性关系, 分析桨叶在不同瞬时诱导人流的分布,这种方法已应用于飞行力学、空气动力学、气动弹性等相关领域的研究。广义动态尾迹模型是在动态人流理论的基础上发展而来的,它是一种较为完整的解析气动分析数学模型。与动态人流理论相比,户义动态尾迹模型将诱导人流分布表示成各阶谐波函数和型函数的集合,同时,将桨盘上的压力分布表示成与旋转桨叶力学参数有关的离散项,可用于有限片桨叶模型的研究。广义动态尾迹模型本身或者通过与弹性模型、CFD棋型等相结合,可用于相关的旋冀气动力分析,并能够达到较好的模拟精度。旋冀广义动态尾迹理论的建立主要源于Peters, He and Boyd等人的工作,qoi。由于其良好的适用性和应用前录,关于该理论的进一步研究和软件开发国外一直在进行之中刚,近年来又逐步发展成为共维非定常的、可畸变的动态尾迹模型。国内一些研究者自上世纪90 年代也开始对广义动态尾迹理论进行了研究,并在飞行力学等领域的应用中取得了明显的进展(如文献[5]等)。本文详细描述了广义动态人流理论的解析模型以及计算中关键的质量、影响系数和力的矩阵,给出了流程图,并结合了旋翼配平分析。使用该广义动态尾迹模型。进行了算例验证计算。并对直9的旋翼人流特性进行了分析。 2广义动态尾迹模型 ,去除势函数中与旋冀相关边界条件不一致的项,得到椭圆坐标系下用勒让德函数和超越函数表达的加速度势[2],即 ID(v,?7,Vi,t)= 艺渺(v)g畢"(i})[r畢"`(t')cos(myr)+r少(i)sin(mw)] 夕降用十1而十, (l) 尸,挤(v)=(一1)' " p -(v) Q,"(lrl)二其中衅 Q"(i?7) Q畢" (1o)分别为第一类和第二类相关勒让德函数,T}-和丫为压力函数的系数;认q, 为 W为椭圆坐标,在椭圆系中,旋冀桨盘定义 n=o v=Irl二万 V=v 为建立旋冀载荷与诱导入流的联系,使用连续方程和线性不可压欧拉方程 9,=0 (2) (3) V .‘一4, = 9i = u 4z=v 4,二w 其中,9,和9;分别为扰动速度分量及其时间导数Y,表示无穷远处来流速度, 示沿自由来流方向的导数。(5) ()‘表定义速度势和加速度势分别为创=物、和叫一么。由方程((3)和((4)可知,函数。满足Laplac。方程,且因为((4)为线性方程,巾可分离成与方程左边两项相关的分量o`,和