基于非慣性系的懸停狀態(tài)旋翼CFD／CSD耦合氣動分析

肖 宇，徐國華，招啟軍

（南京航空航天大學 直升機旋翼動力學國家級重點實驗室，江蘇 南京 210016）

0 引 言

隨著直升機技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的基于升力線理論的氣動模型已漸漸無法滿足直升機旋翼空氣動力學精細化分析的要求，因此高精度的CFD技術逐漸被應用到旋翼氣動分析中。而早期的旋翼CFD分析中，考慮到計算效率等問題，在處理旋翼槳葉時，大都采用了剛性槳葉假設［1］。但是對于具有大展弦比的柔性槳葉來說，旋翼旋轉時槳葉氣動彈性效應明顯，特別是具有先進氣動外形的旋翼氣彈耦合特性更復雜，只有在CFD分析中考慮旋翼的彈性變形影響才能更準確地模擬旋翼流場及氣動載荷特性。為了更好地與CFD方法的分析精度相匹配，彈性旋翼的變形一般采用基于有限元法的CSD計算得到。當前CFD／CSD的耦合分析已逐漸成為直升機旋翼氣動分析的最新研究熱點［1－3］。

1986年，Tung等人最早進行了直升機旋翼的CFD／CSD的耦合計算，其中CFD部分采用小擾動方程計算［4］，隨后將之改進為基于全位勢方程的CFD方法［5］，但在該模型中，需要從CSD模塊提供入流角，通過修正物面無穿透條件來代替網格變形，同時入流角也考慮了CFD計算域外尾跡的影響。此外，采用該處理方式導致早期的CFD計算精度不足，在進行耦合時存在著收斂性問題［6］。隨著CFD計算方法和計算機性能的發(fā)展，基于Euler和N－S方程的CFD慢慢進入到耦合計算中，現在發(fā)展到采用基于嵌套網格的CFD計算與CSD計算相耦合的階段，可以直接模擬背景流場和所有的旋翼槳葉流場特性，避免了早期耦合所需的入流角修正處理，如Potsdam等人的研究工作［7］。……