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基于CFD/CSD松耦合的直升机配平分析方法

余瑾 王松 刘勇 杨卫东

余瑾, 王松, 刘勇, 等 . 基于CFD/CSD松耦合的直升机配平分析方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(5): 941-951. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0329
引用本文: 余瑾, 王松, 刘勇, 等 . 基于CFD/CSD松耦合的直升机配平分析方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(5): 941-951. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0329
YU Jin, WANG Song, LIU Yong, et al. Trim analysis method of helicopter based on CFD/CSD loose coupling[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(5): 941-951. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0329(in Chinese)
Citation: YU Jin, WANG Song, LIU Yong, et al. Trim analysis method of helicopter based on CFD/CSD loose coupling[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(5): 941-951. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0329(in Chinese)

基于CFD/CSD松耦合的直升机配平分析方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0329
基金项目: 江苏高校优势学科建设工程
详细信息
    作者简介:

    余瑾  男, 博士研究生。主要研究方向:直升机旋翼气动弹性力学

    王松  男, 硕士研究生。主要研究方向:直升机旋翼气动弹性力学

    刘勇  男, 博士, 讲师。主要研究方向:直升机旋翼气动弹性力学

    杨卫东 男, 博士, 教授。主要研究方向:直升机旋翼气动弹性力学

    通讯作者:

    刘勇, E-mail: liuyong@nuaa.edu.cn

  • 中图分类号: V249.3

Trim analysis method of helicopter based on CFD/CSD loose coupling

Funds: Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions
More Information
  • 摘要:

    针对直升机配平问题,基于CFD/CSD松耦合策略建立了计入旋翼气弹效应的配平分析方法。旋翼桨叶CSD求解器与旋翼CFD求解器以桨叶弹性轴和变距轴线为媒介,通过线性插值方法交换气动载荷和响应数据。CFD模块和CSD模块在时域内推进,旋翼每旋转一圈交互一次数据,以CFD模块计算的气动力来修正配平计算中气弹分析的气动力输入,直到配平量和CFD气动力在迭代过程中不再变化,即得到耦合配平解。以SA349/2“小羚羊”直升机小速度前飞状态为算例,计算表明所提方法收敛迅速、稳定性良好,计算结果与飞行实测值的对比分析验证了方法的有效性,对桨叶气动力曲线及桨涡干扰等现象具有很好的捕捉能力。

     

  • 图 1  SA349/2旋翼桨叶贴体网格

    Figure 1.  Body-fitted grid of SA349/2 rotor blade

    图 2  SA349/2旋翼流场笛卡儿自动背景网格

    Figure 2.  Cartesian automatic background grid of SA349/2 rotor flow field

    图 3  适合前飞状态求解的笛卡儿自动背景网格剖面

    Figure 3.  Cartesian automatic background grid section for solving in forward flight status

    图 4  旋翼前飞状态笛卡儿背景网格自适应

    Figure 4.  Cartesian adaptive background grid of rotor for forward flight

    图 5  旋翼网格运动与变形

    Figure 5.  Motion and deformation of rotor grid

    图 6  桨叶弹性变形示意图

    Figure 6.  Schematic of blade elastic deformation

    图 7  CSD模块与CFD气动力耦合计算流程

    Figure 7.  Flowchart of CSD/CFD aerodynamic force coupling calculation

    图 8  旋翼配平及耦合策略内外两层循环流程

    Figure 8.  Circulation flowchart of inner and outer loop for rotor trim and coupling strategy

    图 9  SA349/2直升机桨叶负扭转对比

    Figure 9.  Comparison of blade twist of SA349/2 helicopter

    图 10  桨叶剖面配平历程

    Figure 10.  Blade section trimming process

    图 11  低速飞行状态桨叶剖面垂直力系数对比

    Figure 11.  Comparison of vertical force coefficient of blade section in low-speed forward flight

    图 12  低速飞行状态桨叶剖面垂直力、俯仰力矩和弦向力分布

    Figure 12.  Distribution of blade normal force、pitching moment and in-plane force coefficient in low-speed forward flight

    图 13  低速飞行状态桨叶剖面压力系数对比

    Figure 13.  Comparison of blade surface pressure coefficient in low-speed forward flight

    图 14  低速飞行状态笛卡儿自动背景网格自适应计算旋翼涡量等轴视图

    Figure 14.  Rotor vorticity isometric view of Cartesian automatic background grid in low-speed forward flight

    表  1  SA349/2旋翼桨叶贴体网格规模统计

    Table  1.   Numbers of body-fitted grid of SA349/2 rotor blade

    部件 网格规模 网格数
    桨叶 237×163×61 2356491
    内侧帽子 153×75×61 699975
    外侧帽子 157×81×61 775737
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    表  2  SA349/2直升机飞行状态2[15]的配平解

    Table  2.   Trim solution of SA349/2 helicopter in flight status 2[15]  (°)

    配平解 总距θ0 横向周期变距θ1c 纵向周期变距θ1s 俯仰角ϑ 侧倾角γ
    数值 4.3787 1.5380 -0.6303 -3.1291 2.8975
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-06-25
  • 录用日期:  2019-09-20
  • 网络出版日期:  2020-05-20

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