螺旋桨滑流对机翼/全机干扰的数值模拟研究

摘要

本文将传统的螺旋桨动量理论与计算流体力学的方法相结合，数值模拟螺旋桨滑流对其后部件气动特性的影响。研究了动量理论中的激励盘假设，在有限体积法求解N-S方程/Euler方程中的应用，并采用该方法数值模拟和分析滑流对机翼、带增升装置机翼和全机气动特性的影响。 本文研究了两种将激励盘假设应用到有限体积法的方法：1)激励盘模型加入在一块网格内；2)激励盘模型以边界条件的方式加在多块网格的对接面上。分别采用这两种方法成功的模拟了单独螺旋桨滑流。选用后一种方法来数值模拟螺旋桨滑流对机翼、带增升装置机翼和全机气动特性的影响，对比分析了有、无滑流作用的计算结果。应用了嵌套网格技术、点对点搭接和面搭接网格技术来保证这三组算例的网格质量。 计算结果表明，滑流对全机气动特性的影响与实验值基本吻合；螺旋桨滑流能够起到增升作用，对襟翼的增升效果最为明显，其次是机翼，对机身的增升效果相对较弱。随着拉力系数的增大，滑流对其后部件的增升效果越明显。分析结果以及与实验值的对比表明，本文方法是可以用来模拟螺旋桨滑流对其后部件的干扰研究的。

目录

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第一章绪论

§1.1螺旋桨理论的发展

§1.2计算流体力学(CFD)简介

§1.3研究背景

§1.4本文主要工作

第二章N-S/Euler方程计算方法

§2.1积分守恒型N-S方程及其离散形式

§2.2 N-S方程的无量纲化

§2.3时间推进

§2.4 N-S方程的空间离散

§2.4.1 MUSCL插值

§2.4.2通量限制器

§2.4.3通量差分分裂

§2.4.4粘性项离散

§2.5 Euler方程的中心格式离散

§2.5.1无粘通量项的离散

§2.5.2人工耗散的计算

§2.6湍流模型

§2.7边界条件

§2.7.1点对点搭接(1-1 Block)边界条件

§2.7.2粘性物面边界条件

§2.7.3远场边界条件

§2.7.4对称面边界条件

第三章螺旋桨动量理论及激励盘模型

§3.1作用盘/激励盘理论

§3.2螺旋桨动量理论

§3.3扩展的螺旋桨动量理论

§3.4动量理论在本文中的应用

第四章激励盘理论应用于CFD计算

§4.1激励盘理论应用于中心格式求解Euler方程

§4.2激励盘理论应用于迎风格式求解Euler方程

§4.3激励盘理论应用在两块网格对接面

第五章结构化网格理论

§5.1边界适应网格(贴体网格)

§5.2多块网格生成

§5.2.1 C，O，H网格

§5.2.2多块网格

§5.3嵌套网格技术

§5.4本文工作中所用网格

§5.4.1滑流对单独机翼的网格

§5.4.2滑流对带增升装置机翼的网格

§5.4.3滑流对全机影响的网格

第六章计算结果及分析

§6.1螺旋桨滑流对单独机翼的影响

§6.2螺旋桨滑流对带增升装置机翼的影响

§6.3螺旋桨滑流对全机气动特性的影响

§6.4总结

参考文献

致谢

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附图