旋翼非定常气动特性分析及先进气动布局设计研究

摘要

本文开展了旋翼非定常流场和气动特性分析的高效、高精度CFD方法的研究,并此基础上进行了旋翼先进气动布局设计的数值和试验研究.首先,在旋翼贴体、正交网格生成方法的基础上,发展了基于“TopMap”方法的高效、鲁棒的运动嵌套网格生成方法和网格自适应方法.其次,基于RANS方程、双时间推进方法、高阶RoeMUSCL低耗散格式和多种湍流模型,构建了旋翼非定常涡流场分析的高精度数值方法;再次,基于PletcherChen低速预处理方法、FAS多重网格法和隐式LUSGS方法,建立了高效的旋翼流场加速计算方法.最后,计入桨叶弹性变形的影响,建立了基于CFD/CSD耦合技术的旋翼非定常气动载荷的高精度预测方法.在此基础上,分别针对CT、7A及UH60A直升机旋翼等算例进行了气动特性的计算,并与试验数据进行了对比,验证了本文方法的有效性.与此同时,开展了旋翼先进气动布局的设计,创造性地设计出“CLOR”、“CLORⅡ”具有曲线前后掠等特征等的旋翼布局方案,并研制相关试验模型,同时开展了多种状态的旋翼气动和噪声特性等的数值和试验研究,表明设计提出的旋翼具有显著超越矩形桨叶、普通后掠桨叶的气动和噪声特性.