简论流体力学旋翼流场及气动弹性数值模拟

论文导读：
摘要：旋翼流场的数值模拟策略是近年来直升机空气动力学探讨的热点与难点。本论文基于动态结构重叠网格策略和非定常Euler/N-S方程进展了适合旋翼流场数值模拟的高效计算算法，开发出相应的计算软件，并与旋翼桨叶结构动力学求解程序相结合建立了基于CFD/CSD耦合的旋翼气动弹性计算策略。本论文主要工作如下：1．在已有的流场求解器基础上，开展了动态结构重叠网格算法探讨，包括挖洞算法、基于壁面距的洞面优化策略、高效高鲁棒性的ADT搜索算法以及三线性插值策略。并通过定常和非定常算例验证了算法的有效性。2．对某阻力型垂直轴风力机流场进行了数值模拟探讨。二维情形下，对叶片开孔与不开孔两种模型的流场特性进行了细致探讨浅析，发现对叶片适当的开孔有助于风力机输出功率的提升。随后进行了全三维模型的非定常流场的数值计算，并与风洞试验结果进行了比较浅析。3．开展了直升机旋翼流场的数值模拟探讨。对caradonna旋翼悬停和前飞流场进行了数值计算，其中悬停计算结果与实验值吻合很好。对佐治亚大学旋翼/机身模型(GT)和Robin机身/旋翼模型的前飞流场进行了数值模拟，主要对桨尖涡干扰、尾迹以及旋翼/机身干扰等不足进行探讨与浅析，得到了一些有作用的结论。4．建立了基于经典叶素论述的旋翼桨叶气动弹性响应模型，通过旋翼流场求解程序对经典气动力模型进行修正，进展了一套基于CFD/CSD耦合的旋翼气动弹性数值模拟策略。采取松耦合策略以旋转周期为单位进行旋翼流场气动载荷和桨叶结构响应之间的数据交换。对旋翼前飞算例成功进行了数值计算与浅析。关键词：旋翼论文计算流体力学论文重叠网格论文垂直轴风力机论文气动弹性论文
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ABSTRACT5-13
第一章 绪论13-20

1.1 探讨背景13-14

1.2 探讨概况14-19

1.2.1 计算流体力学策略14-15

1.2.2 重叠网格的探讨概况15-17

1.2.3 直升机悬停和前飞流场的数值模拟17-18

1.2.4 旋翼气动弹性数值模拟18-19

1.3 本论文的主要工作19-20

第二章 Euler/N-S 方程的数值求解策略20-41

2.1 引言20

2.2 制约方程20-22

2.3 空间离散22-27

2.3.1 对流通量项的离散23-27

2.3.2 粘性通量项的计算策略27

2.4 时间离散27-29

2.5 边界条件29-31

2.6 湍流方程31-34

2.6.1 Spalart-Allmaras 一方程湍流模型31-32

2.6.2 Menter's SST 两方程湍流模型32-34

2.7 数值算例34-40

2.7.1 RAE2822 翼型绕流数值模拟34-35

2.7.2 超声速后台阶流动35-38

2.7.3 ARA M100 翼身组合体粘性绕流38-40

2.8 本章小结40-41

第三章 结构重叠网格策略41-57

3.1 引言41

3.2 结构重叠网格算法的构造41-47

3.

2.1 挖洞41-44

3.

2.2 洞边界的优化44-47

3.3 贡献单元的搜索策略47-50

3.4 网格间信息交换策略50-53

3.5 数值算例53-56

3.5.1 M6 机翼粘性绕流的数值模拟53-55

3.5.2 NACA0012 翼型俯仰振荡的非定常数值模拟55-56

3.6 本章小结56-57

第四章 某垂直轴风力机旋转叶片的数值模拟57-67

4.1 引言57

4.2 二维数值模拟57-62

4.3 三维定常计算62-64

4.4 非定常数值模拟64-66

4.5 本章小结66-67

第五章 直升机旋翼流场数值计算67-82

5.1 引言67

5.2 caradonna 旋翼数值模拟67-71

5.

2.1 caradonna 旋翼悬停数值计算67-69

5.

2.2 Caradonna 旋翼前飞数值计算69-71

5.3 GT 旋翼/机身干扰模型71-76

5.4 Robin 直升机机身/旋翼组合前飞数值计算76-81

5.

4.1 单独 Robin 机身的数值计算76-77

5.

4.2 Robin 机身/旋翼前飞数值模拟77-81

5.5 本章小结81-82
第六章 旋翼气动弹性数值模拟82论文导读：86.6算例浅析88-936.7本章小结93-94第七章总结与展望94-967.1全文总结94-957.2后续工作展望95-96参考文献96-102致谢102-103在学期间的探讨成果及发表的学术论文103上一页12
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6.1 引言82

6.2 桨叶刚体运动方程82-84

6.

2.1 桨叶刚体挥舞方程的建立82-83

6.

2.2 桨叶刚体摆振方程的建立83-84

6.3 时间有限元法84-86

6.4 旋翼配平计算86-88

6.5 旋翼 CFD/CSD 耦合计算策略88

6.6 算例浅析88-93

6.7 本章小结93-94

第七章 总结与展望94-96

7.1 全文总结94-95

7.2 后续工作展望95-96

参考文献96-102
致谢102-103
在学期间的探讨成果及发表的学术论文103