叶片单元法:直升机转子-机身交互作用

直升机的旋转主转子叶片产生复杂流场,对机身产生周期性气动负载。这些气动负载会使客舱受到噪声和振动的影响。这些气动交互作用影响直升机的性能,并可能导致结构损坏。Simcenter STAR-CCM+ 提供模拟转子叶片生成气流的方法,并且不需要单独对叶片进行网格化。利用此方法,可以预测直升机周围的复杂流场,并将机身与转子流场的交互作用考虑在内。



本教程使用 Simcenter STAR-CCM+ 的虚拟风洞模拟普通直升机机身的飞行。机身使用 ROBIN(转子机身交互作用)配置,其中几何和工作条件取自 [982]。这些参数值与本文中表 17 相对应。

下列表总结了此教程使用的工作条件:
  • 旋转速率: Ω=2000rpm
  • 进程比: μ=0.151
  • 转子推力系数: CT/σ=T/ρAvTip2σ=0.0403
  • 转子轴角(俯仰角): αs=3°
  • 总俯仰角: θ=7.7°
  • 横向循环俯仰角: A1=1.8°
  • 纵向循环俯仰角: B1=2.3°

其中 σ=0.098 为旋翼实度,ρ=1.176kg/m3 为自由流密度,T 为旋翼拉力,A=πR2 为旋翼桨盘面积,R=0.860552mvTip=(Ωπ/30)R 为旋转桨尖速度。

要为直升机飞行建模,应将 ROBIN 体置于虚拟风洞内。此教程应用虚拟桨盘模型的叶片单元法来模拟旋翼对直升机机身的作用效果。叶片单元法的优势是,不需要使用精细网格详细求解转子叶片几何。有关更多信息,请参阅《用户指南》中的“叶片单元法”。