曹 栋 曹义华

(北京航空航天大学 航空科学与工程学院，北京100191)

众所周知，直升机流场的数值模拟最困难的问题在于旋翼的流场模拟.之前较流行的旋翼流场计算分析主要专注于悬停和前飞，对下降状态的旋翼流场模拟较少.因为下降的旋翼，当其处于涡环(vertex ring)状态时［1］，由于来流速度朝上，远处下游尾迹在旋翼的上方，旋翼诱导速度与相对气流方向相反，两股反向气流相遇形成紊乱的漩涡.同时旋翼的桨尖涡不能被吹离旋翼而聚集在一起，旋翼排出的部分气流又被吸入，绕旋翼外缘打转，流态复杂且很不稳定.1982—2003年，3/4的直升机事故与进入涡环状态有关［2］.

对直升机旋翼流场的数值模拟，通常采用两种方法.一种是致力于模拟旋转桨叶附近的细致流动，包括捕捉桨叶附近的激波，分析桨尖涡的形成过程等.一般需要在每片桨叶周围生成贴体网格，将大部分网格点集中于桨叶附近，尤其是桨叶的边界层内，这种方法可以准确得到桨叶附近的流动特性.不过为了提高远场尾迹的计算精度也必须保证远场的网格密度，这将导致网格数目过大，计算代价很高.而采用一些尾迹模型来求解也会存在一些问题，因为尾迹结构会随着飞行条件和桨叶结构的改变而变化.对于垂直下降飞行，特别是涡环，湍流状态时由于气流对冲，很难有合适的尾迹模型能很好地描述.

本文采用另一种方法，将旋翼简化为一无限薄激励盘，忽略旋翼桨叶……