苏大成,史勇杰,徐国华,*,宗昆

1.南京航空航天大学 直升机旋翼动力学国家级重点实验室,南京 210016

2.中国船舶工业系统工程研究院,北京 100036

直升机/舰船耦合流场的数值模拟

苏大成1,史勇杰1,徐国华1,*,宗昆2

1.南京航空航天大学 直升机旋翼动力学国家级重点实验室,南京 210016

2.中国船舶工业系统工程研究院,北京 100036

发展了一套基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程的直升机/舰船耦合流场数值模拟方法,采用ROEMUSCL格式对交接面通量进行重构,并采用k-ε湍流模型以提高对涡流场的捕捉精度,直升机旋翼等旋转部件的模拟使用动量源模型。然后,以具有典型驱护舰结构的LPD-17及ROBIN直升机的组合为研究对象,从涡量场、速度场及压力场等方面分析了直升机、舰船耦合情形下的流场特征。研究表明,当来流速度V∞≥4 m/s时,舰船流场进入雷诺数自准区,流场速度无因次化量基本保持不变;直升机着舰时,旋翼会与舰船艉部的涡回流区以及甲板两侧的舷涡发生较强的“涡-涡干扰”,在上述干扰以及舰面效应的共同作用下,旋翼拉力产生显著的振荡,并呈现出先减小、后增大的变化特征;当着舰位置向舰尾移动时,艉部回流区的影响减弱,旋翼拉力振荡幅度相应减小。最后,对全机状态下的耦合流场进行了模拟,结果显示机身和尾桨对舰艉流场的主要结构影响较小,可用旋翼/舰船耦合流场来进行直升机安全着舰分析,这将显著缩短计算时间。

直升机;舰船;舰艉流;动量源方法;着舰飞行

海面空气流经舰船上层建筑、机库等钝体结构时,受气流分离的影响,会在舰体附近及其下游区域形成不同程度的紊流区域。……