CN106777576A - 一种动力舱气动特性计算方法 - Google Patents

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Abstract

一种动力舱气动特性计算方法，适用于直升机动力舱的气动特性计算，属于直升机动力舱设计。包括以下步骤：步骤一：对计算区域进行网格划分；计算区域至少分为三个区域，分别为旋翼子区域、动力舱子区域、远场子区域；步骤二：建立计算模型；步骤三：计算结果：得到真实的动力舱内流场。本发明通过滑移网格技术计算旋翼下洗流场，通过该技术得到的旋翼下洗流场不仅具有非均匀特性，而且能够得精准地捕捉到旋翼桨毂处的混乱流场，获得了更加真实的动力舱的外部流场。另外还考虑了发动机高温喷射流的膨胀特性和发动机外表面的辐射散热特性的计算，使得动力舱内部流场更加真实。通过动力舱内、外流场相互耦合，使直升机动力舱气动特性计算更加准确。

Description

一种动力舱气动特性计算方法
技术领域
本发明属于直升机动力舱设计技术领域，具体涉及一种动力舱气动特性计算方法。
背景技术
直升机动力舱是直升机防火、灭火的关键区域，其中包含了发动机、大量管路、配线、附件和辅助装置，因此动力内部的流场非常紊乱。直升机试航取证中包括：动力舱防火、灭火性能验证，试航条例明确要求，为了验证动力舱防火墙和灭火系统等设备的有效性，必须通过真实或模拟飞行试验进行验证。
常规的直升机动力舱气动特性计算方法，只能在均匀旋翼下洗流假设条件下进行动力舱气动特性计算，违背了真实旋翼下洗流场的非均匀特性，并且无法考虑旋翼桨毂处混乱流场对动力舱通风换气的影响。
发明内容
本发明的目的：为了解决上述问题，本发明提出了一种动力舱气动特性计算方法，通过滑移网格技术得到的旋翼下洗流场不仅具有非均匀特性，而且能够得精准地捕捉到旋翼桨毂处的混乱流场，获得了更加真实的动力舱的外部流场，使直升机动力舱气动特性计算更加准确。
本发明的技术方案：一种动力舱气动特性计算方法，适用于直升机动力舱气动特性计算，包括以下步骤：
步骤一：对计算区域进行网格划分；
计算区域至少分为三个区域，分别为旋翼子区域、动力舱子区域、远场子区域；
所述旋翼子区域即为滑移子区域，能够定义旋翼运动；
所述动力舱子区域能够用于发动机喷射流流动和发动机外表面辐射散热，计算动力舱内部流场；
所述远场子区域连接旋翼子区域和动力舱子区域并设置飞行参数；
步骤二：建立计算模型与边界条件
a)选择可压缩气体作为流体介质；
b)选择基于密度的非定常求解模型；
c)选择湍流模型和开启能量方程；
根据喷射流的膨胀特性选择Realizable k–ε湍流模型，根据发动机外表面的辐射散热特性选择Discete Ordinates热辐射模型；
d)滑移运动设置：指定旋翼运动角速度、线速度、旋转轴和旋转方向；
e)设置数据交换接口；
将滑移子区域外边界设置为旋翼子区域与远场子区域的数据交换接口；
将动力舱的通风口设置为动力舱子区域与远场子区域的数据交换接口；
f)边界条件的设置；
依据飞行参数设置远场来流速度与大气压力；
依据发动机相关参数设置发动机外表面温度、辐射散热系数、发动机排气的质量流量与密度；
发动机排气管、动力舱排气管、动力舱壁面均设置为耦合换热的无滑移壁面；旋翼桨叶与桨毂设置为无滑移壁面；
步骤三：计算结果；得到真实的动力舱内流场。
优选地，所述步骤一中：所述旋翼子区域的周向边界必须为圆柱面、圆台面或圆柱和圆台的同轴心组合区面。
优选地，所述步骤一中，所述远场子区域的外边界到动力舱外表面的距离至少为动力舱宽度10倍。
优选地，所述步骤一中，所述旋翼子区域包括旋翼桨叶和桨毂。
优选地，所述动力舱子区域包含发动机外表面、发动机排气管、动力舱排气管及动力舱通风口。
本发明的技术效果：本发明通过滑移网格技术计算旋翼下洗流场，不仅具有非均匀特性，而且能够得精准地捕捉到旋翼桨毂处的混乱流场，获得了更加真实的动力舱的外部流场。另外，本发明中还考虑了发动机高温喷射流的膨胀特性和发动机外表面的辐射散热特性的计算，使得动力舱内部流场更加真实。通过动力舱内、外流场相互耦合，使直升机动力舱气动特性计算更加准确。
附图说明
图1为本发明一种动力舱气动特性计算方法的一优选实施例的滑移网格技术区域划分示意图。
图2为为本发明一种动力舱气动特性计算方法的一优选实施例的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
一种动力舱特性计算方法，适用于直升机，包括以下步骤：
步骤一、对计算区域进行划分；
如图1所示，将计算域划分为旋翼子区域、动力舱子区域和远场子区域，其中旋翼子区域即为滑移子区域，用来定义旋翼运动，计算旋翼下洗流场；动力舱子区域用于设置发动机喷射流流动和发动机外表面辐射散热，计算动力舱内部流场；远场子区域不仅用于设置直升机的飞行参数，还要用于连通旋翼子区域和动力舱子区域。
旋翼子区域(滑移子区域)，其中包含旋翼桨叶和桨毂等必要部件，旋翼子区域的周向边界必须为圆柱面、圆台面或圆柱和圆台的同轴心组合区面，上、下边界为圆形平面。
旋翼子区域边界是其与远场子区域的数据交换接口，用于求解过程中的数据交换；
动力舱子区域，动力舱子区域必须包含发动机外表面、发动机排气管、动力舱排气管、动力舱通风口等部件，其中动力舱通风口为该子区域与远场子区域的数据交换接口，用于求解过程中的数据交换；
远场子区域，远场子区域的外边界到动力舱外表面的距离至少为动力舱最大宽度10倍，预留与旋翼子区域和动力舱子区域的相对应的数据交换接口。
步骤二、计算模型与边界条件
a)流体介质选取：可压缩理想气体；
b)求解器设置：基于密度的非定常求解器；
c)湍流模型与能量方程：使用Realizable k–ε湍流模型，开启能量方程和DisceteOrdinates(DO)热辐射模型；根据喷射流的膨胀特性选择Realizable k–ε湍流模型，根据发动机外表面的辐射散热特性选择Discete Ordinates热辐射模型。
d)滑移运动设置：指定旋翼运动角速度、线速度、旋转轴和旋转方向。
e)数据交换面设置：旋翼子区域与远场子区域的数据交换面设置为一对interface面，将滑移子区域外边界设置为旋翼子区域与远场子区域的数据交换接口；
动力舱子区域与远场子区域的数据交换面设置为interior边界条件，将动力舱的通风口设置为动力舱子区域与远场子区域的数据交换接口。
f)边界条件设置：
根据飞行参数设置远场来流速度与大气压力；
根据发动机相关参数设置发动机外表面温度、辐射散热系数、发动机排气的质量流量与密度；
发动机排气管、动力舱排气管、动力舱壁面均设置为耦合换热的无滑移壁面；旋翼桨叶与桨毂设置为无滑移壁面。
步骤三、计算结果
由于进行旋翼子区域网格划分时，应用了真实的旋翼桨毂和桨叶部件，所以通过该计算方法可以得到包含旋翼桨毂处混乱流场的非均匀旋翼下洗流场，同时因为算法中加入了能量方程和辐射模型，所以通过本计算方法能够动机高温喷射流的膨胀特性和发动机外表面的辐射散热特性，从而实现动力舱内、流场相互耦合，复现了直升机动力舱的真实工作环境。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种动力舱气动特性计算方法，适用于直升机动力舱气动特性计算，其特征在于；包括以下步骤：
步骤一：对计算区域进行网格划分；
计算区域至少分为三个区域，分别为旋翼子区域、动力舱子区域、远场子区域；
所述旋翼子区域即为滑移子区域，能够定义旋翼运动；
所述动力舱子区域能够用于发动机喷射流流动和发动机外表面辐射散热，计算动力舱内部流场；
所述远场子区域连接旋翼子区域和动力舱子区域并设置飞行参数；
步骤二：建立计算模型与边界条件
a)选择可压缩气体作为流体介质；
b)选择基于密度的非定常求解模型；
c)选择湍流模型和开启能量方程；
根据喷射流的膨胀特性选择Realizablek–ε湍流模型，根据发动机外表面的辐射散热特性选择Discete Ordinates热辐射模型；
d)滑移运动设置：指定旋翼运动角速度、线速度、旋转轴和旋转方向；
e)设置数据交换接口；
将滑移子区域外边界设置为旋翼子区域与远场子区域的数据交换接口；
将动力舱的通风口设置为动力舱子区域与远场子区域的数据交换接口；
f)边界条件的设置；
依据飞行参数设置远场来流速度与大气压力；
依据发动机相关参数设置发动机外表面温度、辐射散热系数、发动机排气的质量流量与密度；
发动机排气管、动力舱排气管、动力舱壁面均设置为耦合换热的无滑移壁面；旋翼桨叶与桨毂设置为无滑移壁面；
步骤三：计算结果；得到真实的动力舱内流场。
2.根据权利要求1所述的一种动力舱气动特性计算方法，其特征在于：所述步骤一中：所述旋翼子区域的周向边界必须为圆柱面、圆台面或圆柱和圆台的同轴心组合区面。
3.根据权利要求1所述的一种动力舱气动特性计算方法，其特征在于：所述步骤一中，所述远场子区域的外边界到动力舱外表面的距离至少为动力舱宽度10倍。
4.根据权利要求1所述的一种动力舱气动特性计算方法，其特征在于：所述步骤一中，所述旋翼子区域包括旋翼桨叶和桨毂。
5.根据权利要求1所述的一种动力舱气动特性计算方法，其特征在于：所述动力舱子区域包含发动机外表面、发动机排气管、动力舱排气管及动力舱通风口。
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