本申請(qǐng)涉及飛行器流場(chǎng)數(shù)據(jù)處理，特別是涉及一種旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬方法、設(shè)備、介質(zhì)及產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

1、作為旋翼飛行器上最重要的部件，旋翼提供了大部分的升力與操縱力，旋翼流場(chǎng)的高精度計(jì)算在飛行器性能、旋翼氣動(dòng)載荷、飛行動(dòng)力學(xué)以及氣動(dòng)聲學(xué)的研究中起到重要作用。然而，精確模擬旋翼在不同飛行工況下產(chǎn)生的氣動(dòng)干擾、槳-渦干擾以及進(jìn)行機(jī)動(dòng)科目計(jì)算往往需要龐大的計(jì)算機(jī)集群，消耗大量計(jì)算資源。因此，精確又高效地模擬旋翼的非定常流場(chǎng)有著重要意義。

2、目前，旋翼流場(chǎng)的計(jì)算基本可以分為三大類，一是以渦流理論為核心的尾跡方法，該方法模型計(jì)算量小，很大程度上依賴于經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，難以滿足日益復(fù)雜的工程需求；二是基于運(yùn)動(dòng)嵌套網(wǎng)格的全葉片解析方法，該方法使用體網(wǎng)格對(duì)真實(shí)槳葉模型進(jìn)行幾何建模，模擬精度高，但非常消耗計(jì)算資源，尤其是針對(duì)槳-渦干擾、全機(jī)機(jī)動(dòng)等需要小時(shí)間步、大網(wǎng)格密度的流場(chǎng)仿真；三是基于定常動(dòng)量源方法的虛擬盤(pán)體模型的方法，該方法用一個(gè)薄體網(wǎng)格圓盤(pán)來(lái)代替旋翼，無(wú)需生成槳葉貼體網(wǎng)格，減少了計(jì)算域網(wǎng)格數(shù)量，但由于把槳葉對(duì)周圍空氣周期性的作用進(jìn)行時(shí)間平均，無(wú)法有效捕捉到旋翼的非定常載荷特性。為了讓虛擬盤(pán)體模型適用于旋翼非定常流場(chǎng)的模擬，相關(guān)技術(shù)中存在一種非定常動(dòng)量源方法，該方法不再將旋翼看做一整個(gè)致動(dòng)盤(pán)，而是只在每個(gè)時(shí)間步內(nèi)對(duì)槳葉所在區(qū)域添加源項(xiàng)，根據(jù)依次發(fā)展了致動(dòng)線方法和致動(dòng)面方法。根據(jù)源項(xiàng)分布方式的不同，主要分為了致動(dòng)線方法和致動(dòng)面方法兩大類，其中，致動(dòng)線方法是將源項(xiàng)分布在模擬槳葉的一條線上，由于前后時(shí)間步選取的網(wǎng)格不重疊，流場(chǎng)連續(xù)性差，存在較大擾動(dòng)。致動(dòng)面方法是采用經(jīng)驗(yàn)函數(shù)或高斯函數(shù)對(duì)沿槳葉弦向的載荷進(jìn)行分布，防止槳葉前后緣出現(xiàn)奇異值。相關(guān)技術(shù)中還將致動(dòng)面方法與動(dòng)態(tài)入流模型結(jié)合，以及將致動(dòng)面方法與預(yù)定/自由尾跡模型相耦合，大多數(shù)都應(yīng)用于風(fēng)力渦輪機(jī)領(lǐng)域。近年來(lái)，誕生了一種基于三維等距高斯核的非定常動(dòng)量源方法，該方法在槳葉展向、弦向和弦法向分布源項(xiàng)，用一個(gè)涂抹參數(shù)來(lái)控制單元間的相互影響，隨后將該方法與star?ccm(流場(chǎng)仿真軟件)相結(jié)合，使用切割體網(wǎng)格對(duì)sikorsky?s-76(西科斯基“s-76”型直升機(jī))旋翼懸停狀態(tài)進(jìn)行了適用性評(píng)估，結(jié)果表明，在槳-渦干擾作用下對(duì)槳尖載荷的預(yù)測(cè)出現(xiàn)了高估。

3、目前，對(duì)于致動(dòng)線和致動(dòng)面方法的研究仍限于風(fēng)力渦輪機(jī)的研究，相關(guān)技術(shù)中將致動(dòng)線模型和三維面元法模型相結(jié)合開(kāi)發(fā)了改進(jìn)致動(dòng)面模型，應(yīng)用于風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)特性研究。該模型基于葉片真實(shí)幾何外形，利用三維面元法直接構(gòu)建葉片表面的點(diǎn)源和偶極子分布，在葉片近尾流區(qū)域計(jì)算準(zhǔn)確性較好。相比于風(fēng)力渦輪機(jī)，旋翼飛行器槳尖渦導(dǎo)致的槳葉三維效應(yīng)更為顯著，在飛行時(shí)還需要對(duì)槳葉進(jìn)行揮舞、變距操縱，高性能槳葉甚至有非線性負(fù)扭轉(zhuǎn)和弦長(zhǎng)，具有非常復(fù)雜的幾何外形，傳統(tǒng)的動(dòng)量源方法難以滿足旋翼飛行器流場(chǎng)的計(jì)算。但目前為止，尚未開(kāi)展應(yīng)用于旋翼飛行器的非定常動(dòng)量源方法的開(kāi)發(fā)，僅限于使用時(shí)間平均或時(shí)間精確的虛擬盤(pán)體方法進(jìn)行旋翼流場(chǎng)仿真，面對(duì)復(fù)雜的飛行條件，這種方法計(jì)算得到的旋翼氣動(dòng)載荷等旋翼氣動(dòng)特性數(shù)據(jù)往往存在較大幅度的波動(dòng)，準(zhǔn)確性較低，效率也不高，無(wú)法滿足開(kāi)展資源消耗極大的復(fù)雜全機(jī)干擾以及機(jī)動(dòng)飛行狀態(tài)研究的需求。

4、綜上，如何提供一種高精度、高效率的旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬方法，以提升計(jì)算旋翼氣動(dòng)特性數(shù)據(jù)以及流場(chǎng)數(shù)據(jù)的精度和效率，成為了本領(lǐng)域亟待解決的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)的目的是提供一種旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬方法、設(shè)備、介質(zhì)及產(chǎn)品，可以提升計(jì)算旋翼氣動(dòng)特性數(shù)據(jù)以及流場(chǎng)數(shù)據(jù)的精度和效率，滿足開(kāi)展飛資源消耗極大的復(fù)雜全機(jī)干擾以及機(jī)動(dòng)飛行狀態(tài)研究的需求。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┝巳缦路桨福?/p>

3、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬方法，所述旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬方法包括：

4、基于給定飛行工況下的旋翼飛行器，建立旋翼飛行器模型；所述旋翼飛行器模型為包括飛行器機(jī)體模型和旋翼槳盤(pán)模型的三維cad模型。

5、基于所述旋翼飛行器模型，生成混合網(wǎng)格系統(tǒng)；所述混合網(wǎng)格系統(tǒng)包括所述飛行器機(jī)體模型對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和所述旋翼槳盤(pán)模型對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，所述混合網(wǎng)格系統(tǒng)用于提供流場(chǎng)計(jì)算所需的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和邊界條件。

6、根據(jù)所述混合網(wǎng)格系統(tǒng)，對(duì)所述旋翼飛行器進(jìn)行流場(chǎng)cfd數(shù)值模擬，得到槳葉區(qū)域的守恒變量信息；所述守恒變量信息包括所述槳葉區(qū)域的速度場(chǎng)信息和密度場(chǎng)信息。

7、根據(jù)所述槳葉區(qū)域的守恒變量信息，采用aasm方法計(jì)算得到所述槳葉區(qū)域的非定常動(dòng)量源項(xiàng)。

8、根據(jù)所述槳葉區(qū)域的非定常動(dòng)量源項(xiàng)，確定給定飛行工況下的旋翼氣動(dòng)特性數(shù)據(jù)以及流場(chǎng)數(shù)據(jù)。

9、第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)上述中任一項(xiàng)所述的旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬方法。

10、第三方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述中任一項(xiàng)所述的旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬方法。

11、第四方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述中任一項(xiàng)所述的旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬方法。

12、根據(jù)本申請(qǐng)?zhí)峁┑木唧w實(shí)施例，本申請(qǐng)公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

13、本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬方法、設(shè)備、介質(zhì)及產(chǎn)品，通過(guò)對(duì)旋翼飛行器進(jìn)行流場(chǎng)cfd數(shù)值模擬，以獲取槳葉區(qū)域的守恒變量信息，并根據(jù)槳葉區(qū)域的守恒變量信息，采用aasm方法計(jì)算得到槳葉區(qū)域的非定常動(dòng)量源項(xiàng)，從而確定出旋翼飛行器的旋翼氣動(dòng)特性數(shù)據(jù)以及流場(chǎng)數(shù)據(jù)?？梢?jiàn)，本申請(qǐng)將aasm方法和cfd模擬進(jìn)行耦合，并應(yīng)用于旋翼飛行器的高保真度流場(chǎng)計(jì)算的場(chǎng)景中，可以有效提升計(jì)算旋翼氣動(dòng)特性數(shù)據(jù)以及流場(chǎng)數(shù)據(jù)的精度和效率，滿足開(kāi)展資源消耗極大的復(fù)雜全機(jī)干擾以及機(jī)動(dòng)飛行狀態(tài)研究的需求。

技術(shù)特征：

1.一種旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬方法，其特征在于，所述旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬方法，其特征在于，基于給定飛行工況下的旋翼飛行器，建立旋翼飛行器模型，具體包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬方法，其特征在于，基于所述旋翼飛行器模型，生成混合網(wǎng)格系統(tǒng)，具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬方法，其特征在于，根據(jù)所述混合網(wǎng)格系統(tǒng)，對(duì)所述旋翼飛行器進(jìn)行流場(chǎng)cfd數(shù)值模擬，得到槳葉區(qū)域的守恒變量信息，具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬方法，其特征在于，根據(jù)所述槳葉區(qū)域的守恒變量信息，采用aasm方法計(jì)算得到所述槳葉區(qū)域的非定常動(dòng)量源項(xiàng)，具體包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬方法，其特征在于，根據(jù)所述槳葉區(qū)域的非定常動(dòng)量源項(xiàng)，確定給定飛行工況下的旋翼氣動(dòng)特性數(shù)據(jù)以及流場(chǎng)數(shù)據(jù)，具體包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬方法，其特征在于，所述旋翼氣動(dòng)特性數(shù)據(jù)包括氣動(dòng)載荷、誘導(dǎo)速度、氣動(dòng)力系數(shù)和槳-渦干擾位置；所述流場(chǎng)數(shù)據(jù)包括流場(chǎng)計(jì)算過(guò)程中的所有守恒變量數(shù)據(jù)。

8.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬方法。

9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬方法。

10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬方法。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開(kāi)了一種旋翼飛行器流場(chǎng)數(shù)值模擬方法、設(shè)備、介質(zhì)及產(chǎn)品，涉及飛行器流場(chǎng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括基于給定飛行工況下的旋翼飛行器，建立旋翼飛行器模型；基于旋翼飛行器模型，生成混合網(wǎng)格系統(tǒng)；根據(jù)混合網(wǎng)格系統(tǒng)，對(duì)旋翼飛行器進(jìn)行流場(chǎng)CFD數(shù)值模擬，得到槳葉區(qū)域的守恒變量信息；根據(jù)槳葉區(qū)域的守恒變量信息，采用AASM方法計(jì)算得到槳葉區(qū)域的非定常動(dòng)量源項(xiàng)；根據(jù)槳葉區(qū)域的非定常動(dòng)量源項(xiàng)，確定給定飛行工況下的旋翼氣動(dòng)特性數(shù)據(jù)以及流場(chǎng)數(shù)據(jù)。本申請(qǐng)通過(guò)將AASM方法和CFD模擬耦合，可以提升計(jì)算旋翼氣動(dòng)特性數(shù)據(jù)以及流場(chǎng)數(shù)據(jù)的精度和效率，滿足開(kāi)展資源消耗極大的復(fù)雜全機(jī)干擾以及機(jī)動(dòng)飛行狀態(tài)研究的需求。

技術(shù)研發(fā)人員：張?zhí)煲?史勇杰,徐國(guó)華,孟曉偉,張濤,胡志遠(yuǎn)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9