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基于黏性涡模型的旋翼流场数值方法 被引量:13
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作者 魏鹏 史勇杰 +1 位作者 徐国华 招启军 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期771-780,共10页
建立了一种适用于旋翼非定常流场特性分析的黏性涡数值方法。在该方法中:流场中的大尺度涡被离散为若干微小的涡元,通过求解涡量-速度形式的Navier-Stokes方程模拟涡元的输运等过程;黏性扩散效应采用高精度的粒子强度交换法进行计算,而... 建立了一种适用于旋翼非定常流场特性分析的黏性涡数值方法。在该方法中:流场中的大尺度涡被离散为若干微小的涡元,通过求解涡量-速度形式的Navier-Stokes方程模拟涡元的输运等过程;黏性扩散效应采用高精度的粒子强度交换法进行计算,而桨叶附着涡以及新生涡环量采用了Weissinger-L升力面理论进行求解;为显著提高计算效率,在诱导速度及其梯度的计算中还引入了快速多极子算法(FMM)。应用上述方法,对悬停和前飞状态下的多个旋翼流场算例进行了计算,通过对比旋翼尾迹涡量特征和诱导速度分布等,验证了该方法的有效性。此外,还将本方法与旋翼计算流体力学(CFD)方法及传统的自由尾迹方法进行了比较,结果表明黏性涡方法在兼顾效率的同时,还能够更好地捕捉旋翼尾迹运动。 展开更多
关键词 黏性涡元 离散涡方法 旋翼尾迹 快速多极子算法 诱导速度 旋翼流场
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直升机旋翼对尾桨非定常气动载荷的影响 被引量:6
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作者 谭剑锋 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期3228-3240,共13页
悬停和侧滑状态的直升机主旋翼桨尖涡将穿透尾桨桨尖平面,由此导致尾桨非定常气动载荷发生明显变化。为更准确地模拟由主旋翼/尾桨干扰产生的尾桨非定常气动载荷变化,通过在面元压力项中增加由旋翼桨尖涡诱导的时变项,体现旋翼桨尖涡速... 悬停和侧滑状态的直升机主旋翼桨尖涡将穿透尾桨桨尖平面,由此导致尾桨非定常气动载荷发生明显变化。为更准确地模拟由主旋翼/尾桨干扰产生的尾桨非定常气动载荷变化,通过在面元压力项中增加由旋翼桨尖涡诱导的时变项,体现旋翼桨尖涡速度和几何时变对桨叶非定常压力的影响,同时采用涡面镜像法修正涡粒子法的黏性项,确保桨叶附近区域旋翼涡量守恒,建立旋翼尾迹对尾桨叶的非定常气动干扰模型,并耦合面元/黏性涡粒子法,构建直升机主旋翼/尾桨干扰下的尾桨非定常气动载荷分析方法。通过计算AH-1G旋翼桨叶非定常气动载荷特性,并与实验测量值、计算流体力学(CFD)计算结果对比,验证本文非定常气动干扰模型的有效性。随后基于NASA ROBIN(Rotor Body Interaction)模型分析悬停、侧风和60°右侧滑状态主旋翼对尾桨非定常气动载荷的影响,分析表明主旋翼尾迹对尾桨非定常气动载荷影响显著。悬停状态的主旋翼/尾桨干扰导致尾桨拉力平均值下降、非定常气动载荷显著增加;左侧风状态,主旋翼/尾桨干扰削弱尾桨"涡环"程度,显著增加尾桨拉力和非定常气动载荷;60°右侧滑状态,主旋翼/尾桨干扰导致尾桨拉力损失最大,且在低速侧滑状态出现尾桨拉力"迅速恢复"现象,尾桨非定常气动载荷幅值迅速增加。 展开更多
关键词 非定常气动干扰 气动载荷 黏性涡粒子法 主旋翼 尾桨
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火星旋翼气动建模与分析
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作者 宣金婷 丁志伟 李建波 《飞行力学》 CSCD 北大核心 2024年第3期82-88,共7页
针对火星大气环境下旋翼的气动建模问题开展了研究。首先,从火星大气环境研究入手,采用黏性涡粒子方法建立了火星大气环境下置信度较高的六旋翼无人机旋翼气动模型。然后,对火星不同大气密度、不同飞行状态下的旋翼气动性能与流场特征... 针对火星大气环境下旋翼的气动建模问题开展了研究。首先,从火星大气环境研究入手,采用黏性涡粒子方法建立了火星大气环境下置信度较高的六旋翼无人机旋翼气动模型。然后,对火星不同大气密度、不同飞行状态下的旋翼气动性能与流场特征进行了分析。研究结果表明:在悬停和前飞状态下,火星多旋翼无人机旋翼的消耗功率均随火星大气密度的降低而增加,且在低密度区域增幅更加明显;在火星较低的大气密度下,为了满足拉力需求,旋翼桨尖涡增强,使得诱导速度增加,从而导致了旋翼消耗功率的增加。 展开更多
关键词 火星六旋翼无人机 气动建模 黏性涡粒子方法 流场特征
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Flight dynamics modeling and analysis for a Mars helicopter 被引量:1
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作者 Hong ZHAO Zhiwei DING +1 位作者 Gen LENG Jianbo LI 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第9期221-230,共10页
Flight dynamics modeling for the Mars helicopter faces great challenges.Aerodynamic modeling of coaxial rotor with high confidence and high computational efficiency is a major difficulty for the field.This paper build... Flight dynamics modeling for the Mars helicopter faces great challenges.Aerodynamic modeling of coaxial rotor with high confidence and high computational efficiency is a major difficulty for the field.This paper builds an aerodynamic model of coaxial rotor in the extremely thin Martian atmosphere using the viscous vortex particle method.The aerodynamic forces and flow characteristics of rigid coaxial rotor are computed and analyzed.Meanwhile,a high fidelity aerodynamic surrogate model is built to improve the computational efficiency of the flight dynamics model.Results in this paper reveal that rigid coaxial rotor can bring the Mars helicopter sufficient controllability but result in obvious instability and control couplings in forward flight.This highlights the great differences in flight dynamics characteristics compared with conventional helicopters on Earth. 展开更多
关键词 Aerodynamic modeling Coaxial rotor Flight dynamics Mars helicopter viscous vortex particle method(VVPM)
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基于黏性涡粒子和非定常面元法耦合的倾转四旋翼飞行器气动干扰研究
5
作者 高杰 李建波 彭名华 《飞行力学》 CSCD 北大核心 2023年第2期7-13,共7页
为研究倾转四旋翼飞行器复杂的气动干扰问题,首先基于黏性涡粒子和非定常面元法建立了倾转四旋翼飞行器干扰流场的数值计算方法,并验证了该方法的有效性;其次,根据建立的方法对悬停和前飞状态下的气动特性和干扰情况进行了计算和分析;最... 为研究倾转四旋翼飞行器复杂的气动干扰问题,首先基于黏性涡粒子和非定常面元法建立了倾转四旋翼飞行器干扰流场的数值计算方法,并验证了该方法的有效性;其次,根据建立的方法对悬停和前飞状态下的气动特性和干扰情况进行了计算和分析;最后,针对干扰情况对倾转四旋翼的气动布局进行了部分优化设计。结果表明:悬停时的干扰主要来自旋翼下洗流对机翼作用产生的向下载荷,占旋翼拉力的25.3%;前飞时的干扰主要表现为旋翼尾流对机翼“增阻”作用,致使全机升阻比降低13.2%,增加前后旋翼的横向间距能使前飞时后旋翼的拉力和效率分别提升13.5%和4.2%,全机的升阻比提高3.1%;旋翼下方机翼后缘向下偏转的布局能使悬停时机翼受到的向下载荷减小40.7%。 展开更多
关键词 倾转四旋翼飞行器 气动特性 黏性涡粒子方法 非定常面元法 布局优化
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基于非定常面元/黏性涡粒子法的低雷诺数滑流气动干扰 被引量:4
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作者 王红波 祝小平 +1 位作者 周洲 许晓平 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期96-106,共11页
针对太阳能无人机螺旋桨滑流与机翼的气动干扰,考虑了低雷诺数流动下气体黏性和压缩性影响,并根据黎曼边界条件和涡量等效原则建立了能够快速计算分析螺旋桨-机翼气动干扰的非定常面元/黏性涡粒子的混合方法。首先使用有试验数据的风洞... 针对太阳能无人机螺旋桨滑流与机翼的气动干扰,考虑了低雷诺数流动下气体黏性和压缩性影响,并根据黎曼边界条件和涡量等效原则建立了能够快速计算分析螺旋桨-机翼气动干扰的非定常面元/黏性涡粒子的混合方法。首先使用有试验数据的风洞模型以及数值模拟技术对混合方法进行验证,在此基础上研究了不同安装位置与工况下螺旋桨与机翼的气动干扰。结果表明:螺旋桨对轴向气流的加速以及滑流诱导的上洗和下洗效应使机翼气动力呈现出增升增阻的现象,机翼升阻比有所下降。较大的弦向间距以及较高的垂直安装位置在减缓机翼升阻比下降的同时也使得螺旋桨拉力有所减小。对于多个螺旋桨的气动干扰,不同的桨叶旋转方向导致机翼气动力不同的变化规律,当旋转方向与机翼翼尖涡反向时,螺旋桨滑流能够抑制翼尖涡的强度,提高机翼气动效率。 展开更多
关键词 低雷诺数滑流 非定常面元 黏性涡粒子 混合方法 气动干扰
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Review of vortex methods for rotor aerodynamics and wake dynamics
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作者 H.Lee B.Sengupta +1 位作者 M.S.Araghizadeh R.S.Myong 《Advances in Aerodynamics》 2022年第1期413-448,共36页
Electric vertical take-off and landing(eVTOL)aircraft with multiple lifting rotors or prop-rotors have received significant attention in recent years due to their great potential for next-generation urban air mobility... Electric vertical take-off and landing(eVTOL)aircraft with multiple lifting rotors or prop-rotors have received significant attention in recent years due to their great potential for next-generation urban air mobility(UAM).Numerical models have been developed and validated as predictive tools to analyze rotor aerodynamics and wake dynamics.Among various numerical approaches,the vortex method is one of the most suitable because it can provide accurate solutions with an affordable computational cost and can represent vorticity fields downstream without numerical dissipation error.This paper presents a brief review of the progress of vortex methods,along with their principles,advantages,and shortcomings.Applications of the vortex methods for modeling the rotor aerodynamics and wake dynamics are also described.However,the vortex methods suffer from the problem that it cannot deal with the nonlinear aerodynamic characteristics associated with the viscous effects and the flow behaviors in the post-stall regime.To overcome the intrinsic drawbacks of the vortex methods,recent progress in a numerical method proposed by the authors is introduced,and model validation against experimental data is discussed in detail.The validation works show that nonlinear vortex lattice method(NVLM)coupled with vortex particle method(VPM)can predict the unsteady aerodynamic forces and complex evolution of the rotor wake. 展开更多
关键词 vortex methods Nonlinear vortex lattice method viscous vortex particle method Rotor aerodynamics Wake dynamics
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旋翼/平尾气动干扰对直升机配平特性的影响分析 被引量:1
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作者 谭剑锋 吴超 +1 位作者 王浩文 林长亮 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期2349-2357,共9页
旋翼/平尾气动干扰建模是直升机全机配平模型和飞行动力学模型的核心内容。常规全机配平模型主要通过旋翼下洗流或诱导速度等方式间接考虑旋翼对平尾的气动干扰作用,但未充分考虑旋翼对平尾非定常气动干扰产生的非线性气动载荷,因而仍... 旋翼/平尾气动干扰建模是直升机全机配平模型和飞行动力学模型的核心内容。常规全机配平模型主要通过旋翼下洗流或诱导速度等方式间接考虑旋翼对平尾的气动干扰作用,但未充分考虑旋翼对平尾非定常气动干扰产生的非线性气动载荷,因而仍难于准确体现旋翼/平尾气动干扰对全机配平特性的影响。为此本文基于非定常面元/黏性涡粒子法,通过在平尾面元中增加由旋翼和平尾尾迹时变干扰产生的非定常压力项,建立旋翼/平尾气动干扰模型,直接计算平尾非线性气动载荷,并耦合基于GA/LM混合优化的直升机全机配平方法,构建旋翼/平尾气动干扰作用下的直升机全机配平特性分析方法。通过计算UH-60A直升机的旋翼操纵量和机体姿态,并与试验测试值对比验证本文方法的准确性。通过与基于诱导速度考虑旋翼/平尾气动干扰的直升机配平结果比较表明,后者难于体现直升机低速纵向操纵量和机体俯仰角突增现象,而本文方法能较好地体现直升机低速纵向操纵量和机体俯仰角突增,且与OH-6A、EH-101等试验测量的特性一致。研究不同平尾构型对旋翼/平尾气动干扰下直升机全机配平特性的影响,分析表明低平尾产生较大的低速纵向操纵量突增,而高平尾则增加高速纵向操纵量;前置平尾产生较大的低速纵向操纵量突增,右旋直升机的右置平尾有利于减小低速纵向操纵量突增和机体俯仰角。 展开更多
关键词 平尾气动 黏性涡粒子法 直升机配平 旋翼操纵 机体姿态
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基于非定常面元/黏性涡粒子混合法的旋翼/平尾非定常气动干扰 被引量:17
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作者 谭剑锋 王浩文 +1 位作者 吴超 林长亮 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期643-656,共14页
旋翼/平尾非定常气动干扰是导致直升机纵向"抬头(Pitch-up)"现象的主要原因。为在直升机设计阶段准确分析旋翼/平尾非定常气动干扰以及由此引起的低速纵向操纵特性变化,通过涡量等效原则和Neumann物面边界条件建立了适用于旋... 旋翼/平尾非定常气动干扰是导致直升机纵向"抬头(Pitch-up)"现象的主要原因。为在直升机设计阶段准确分析旋翼/平尾非定常气动干扰以及由此引起的低速纵向操纵特性变化,通过涡量等效原则和Neumann物面边界条件建立了适用于旋翼/平尾气动干扰分析的非定常面元/黏性涡粒子混合法。该方法耦合了考虑尾迹时变效应的非定常面元法、黏性涡粒子法及涡量镜面法,以准确模拟旋翼和平尾的非定常气动载荷、旋翼尾迹的非定常特性以及旋翼尾迹对平尾的气动干扰效应。首先通过计算NASA ROBIN(Rotor Body Interaction)旋翼尾迹几何和诱导速度分布,并与实验测量值、时间精确自由尾迹及CFD计算结果对比验证方法的准确性。相比于时间精确自由尾迹,本文方法计算精度更高。随后分析了旋翼/平尾非定常气动干扰对平尾向下气动载荷和气动导数的影响,并分析了平尾构型对旋翼/平尾非定常气动干扰的影响规律。分析表明:旋翼尾迹与平尾干扰导致低速状态的平尾载荷突增,气动导数反号;低平尾气动载荷突增较大,高平尾较小,但高速气动导数反号;前置平尾载荷突增量减小,但对应速度范围较宽;右旋直升机右平尾载荷突增量较小,但气动导数特性基本不变。 展开更多
关键词 非定常面元法 黏性涡粒子法 直升机旋翼 平尾 气动干扰
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基于面元-黏性涡粒子混合法的风力机风轮气动计算 被引量:3
10
作者 胡昊 宋小勇 +1 位作者 顾波 宋显成 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1432-1439,共8页
为了快速准确地预估大型风力机风轮的气动性能,建立了一种基于面元-黏性涡粒子混合(HPVP)法的风力机风轮气动性能计算方法,自主编制了相应的计算程序.以model experiments in controlled conditions(MEXICO)风轮为算例,将计算结果与实... 为了快速准确地预估大型风力机风轮的气动性能,建立了一种基于面元-黏性涡粒子混合(HPVP)法的风力机风轮气动性能计算方法,自主编制了相应的计算程序.以model experiments in controlled conditions(MEXICO)风轮为算例,将计算结果与实验数据、CFD方法进行了比较.结果表明:HPVP法可准确计算主要工作区的叶片压力分布.相比于CFD方法,在流动分离较小时,HPVP法可以快速获得与CFD方法精度相当的结果,但计算时间仅需要CFD方法的千分之一.除能够给出叶片压力分布外,HPVP法还能给出风力机风轮流场的其他流动细节. 展开更多
关键词 风力机风轮 气动计算 面元法 涡粒子 面元-黏性涡粒子混合法
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