微型直升机旋翼的气动力计算

摘要

本文通过求解拟压缩性修正后的三维不可压欧拉方程数值模拟了悬停状态时的微型直升机旋翼的流场.在不可压连续方程中引入拟压缩项,使控制方程成为一个封闭且可以沿时间方向推进求解的双曲型偏微分方程组.拟压缩项的引入使不可压方程在满足速度散度为零的同时耦合了速度和压强的变化.控制方程采用中心有限体积法进行空间离散,时间推进为五步显式Runge-Kutta方法.采用了当地时间步长、压强阻尼及隐式残值平均方法来加速收敛.应用此方法对上海交通大学微型直升机旋翼进行了数值模拟,计算结果与实验数据吻合得较好,验证了本文方法的正确性.主要工作如下:1.参照可压缩流动计算的中心格式有限体积法完成了旋翼三维拟压缩Euler方程的推导和流动计算程序的编写.2.数值模拟了悬停状态下微型直升机旋翼附近的流场.3.研究了桨尖马赫数、机翼桨距角及机翼剖面的不同外形对旋翼气动特性的影响.对于微型直升机旋翼的设计具有指导意义.

目录

文摘

英文文摘

符号表

前言

第一章旋翼三维网格的生成

§1.1引言

§1.2无限插值理论

§1.3生成绕翼型二维O网格

§1.3.1定义内边界,即翼型表面点分布(以NACA0012翼型为例)

§1.3.2定义内边界法向导数

§1.3.3定义外边界(远场边界)点的分布

§1.3.4在η方向上插值并定义型函数

§1.4初始网格确定

§1.4.1网格光顺

§1.4.2一维拉伸函数

§1.4.3平板模型

§1.5曲面变换

§1.5.1二维网格左、右边界确定

§1.5.2对初始网格进行曲面变换

第二章旋翼悬停流场计算

§2.1引言

§2.2控制方程

§2.3方程的无量纲化

§2.4空间离散

§2.5人工耗散

§2.6时间积分

§2.7稳定性条件

§2.8初始条件和边界条件

§2.8.1物面边界

§2.8.2局期性边界

§2.8.3迈场边界

§2.9加速收敛技术

§2.9.1压强阻尼

§2.9.2当地时间步长和残值光顺技术

§2.10算例分析

§2.10.1无升力情形

§2.10.2有升力情形

§2.11结论

第三章总结与展望

§3.1总结

§3.2展望

硕士阶段发表论文

致谢

参考文献

附录1一维流动的拟压缩不变量

附录2旋转通量的确定

附录3直角坐标系下三维旋翼Euler方程的特征值

附图

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