李东风, 李立州, 肖丰乐, 李彩霞

(中北大学 机电工程学院, 山西 太原 030051)

0 引言

随着高速直升机的发展,如何降低直升机气动阻力功率消耗越来越受到人们的重视。直升机气动阻力主要由机身、主旋翼桨毂和起落架产生[1]。研究表明,现代直升机主旋翼桨毂气动阻力约占总阻力的30%左右[2],减小桨毂的气动阻力是降低直升机功率消耗的一个切实可行的措施。

20世纪70年代,人们通过桨毂的迎风面积根据经验预测桨毂阻力[3];90年代初,NASA采用风洞试验预测桨毂阻力[4-5]。随着风洞试验成本的不断增加和数值分析技术的发展,大量研究对采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)技术预测桨毂气动阻力的准确性进行了评估:美国的贝尔直升机公司在NRTC/CR项目中采用CFD技术准确地预测了桨毂的气动阻力[6];德国和法国的SHANEL项目检验了CFD技术预测桨毂气动阻力和偏航力矩的准确性[7]。目前,国内还没有针对直升机主旋翼桨毂气动阻力的相关研究。CFD技术在桨毂阻力预测方面应用较晚,其主要原因是:(1)桨毂结构复杂,难以对流域划分高质量的结构网格;(2)桨毂各零件之间的距离较近,存在较强的气流干扰;(3)桨毂为旋转组件且转速较高,所处气流环境十分复杂。

本文采用CFD技术对旋翼桨毂气动性能进行分析,为设计阶段提供更为准确的预测桨毂阻力分析方法。

1 桨毂的主要气动特征

桨毂包含多个部件且多为钝体,钝体绕流必然伴随着气流分离。由于空气具有粘性,因此钝体绕流存在流动分离、流态转换、旋涡脱落、涡致振动等复杂特性。……