本發(fā)明屬于直升機動力艙設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種動力艙氣動特性計算方法。

背景技術(shù)：

直升機動力艙是直升機防火、滅火的關(guān)鍵區(qū)域，其中包含了發(fā)動機、大量管路、配線、附件和輔助裝置，因此動力內(nèi)部的流場非常紊亂。直升機試航取證中包括：動力艙防火、滅火性能驗證，試航條例明確要求，為了驗證動力艙防火墻和滅火系統(tǒng)等設(shè)備的有效性，必須通過真實或模擬飛行試驗進行驗證。

常規(guī)的直升機動力艙氣動特性計算方法，只能在均勻旋翼下洗流假設(shè)條件下進行動力艙氣動特性計算，違背了真實旋翼下洗流場的非均勻特性，并且無法考慮旋翼槳轂處混亂流場對動力艙通風換氣的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的：為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種動力艙氣動特性計算方法，通過滑移網(wǎng)格技術(shù)得到的旋翼下洗流場不僅具有非均勻特性，而且能夠得精準地捕捉到旋翼槳轂處的混亂流場，獲得了更加真實的動力艙的外部流場，使直升機動力艙氣動特性計算更加準確。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種動力艙氣動特性計算方法，適用于直升機動力艙氣動特性計算，包括以下步驟：

步驟一：對計算區(qū)域進行網(wǎng)格劃分；

計算區(qū)域至少分為三個區(qū)域，分別為旋翼子區(qū)域、動力艙子區(qū)域、遠場子區(qū)域；

所述旋翼子區(qū)域即為滑移子區(qū)域，能夠定義旋翼運動；

所述動力艙子區(qū)域能夠用于發(fā)動機噴射流流動和發(fā)動機外表面輻射散熱，計算動力艙內(nèi)部流場；

所述遠場子區(qū)域連接旋翼子區(qū)域和動力艙子區(qū)域并設(shè)置飛行參數(shù)；

步驟二：建立計算模型與邊界條件

a)選擇可壓縮氣體作為流體介質(zhì)；

b)選擇基于密度的非定常求解模型；

c)選擇湍流模型和開啟能量方程；

根據(jù)噴射流的膨脹特性選擇Realizable k–ε湍流模型，根據(jù)發(fā)動機外表面的輻射散熱特性選擇Discete Ordinates熱輻射模型；

d)滑移運動設(shè)置：指定旋翼運動角速度、線速度、旋轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)方向；

e)設(shè)置數(shù)據(jù)交換接口；

將滑移子區(qū)域外邊界設(shè)置為旋翼子區(qū)域與遠場子區(qū)域的數(shù)據(jù)交換接口；

將動力艙的通風口設(shè)置為動力艙子區(qū)域與遠場子區(qū)域的數(shù)據(jù)交換接口；

f)邊界條件的設(shè)置；

依據(jù)飛行參數(shù)設(shè)置遠場來流速度與大氣壓力；

依據(jù)發(fā)動機相關(guān)參數(shù)設(shè)置發(fā)動機外表面溫度、輻射散熱系數(shù)、發(fā)動機排氣的質(zhì)量流量與密度；

發(fā)動機排氣管、動力艙排氣管、動力艙壁面均設(shè)置為耦合換熱的無滑移壁面；旋翼槳葉與槳轂設(shè)置為無滑移壁面；

步驟三：計算結(jié)果；得到真實的動力艙內(nèi)流場。

優(yōu)選地，所述步驟一中：所述旋翼子區(qū)域的周向邊界必須為圓柱面、圓臺面或圓柱和圓臺的同軸心組合區(qū)面。

優(yōu)選地，所述步驟一中，所述遠場子區(qū)域的外邊界到動力艙外表面的距離至少為動力艙寬度10倍。

優(yōu)選地，所述步驟一中，所述旋翼子區(qū)域包括旋翼槳葉和槳轂。

優(yōu)選地，所述動力艙子區(qū)域包含發(fā)動機外表面、發(fā)動機排氣管、動力艙排氣管及動力艙通風口。

本發(fā)明的技術(shù)效果：本發(fā)明通過滑移網(wǎng)格技術(shù)計算旋翼下洗流場，不僅具有非均勻特性，而且能夠得精準地捕捉到旋翼槳轂處的混亂流場，獲得了更加真實的動力艙的外部流場。另外，本發(fā)明中還考慮了發(fā)動機高溫噴射流的膨脹特性和發(fā)動機外表面的輻射散熱特性的計算，使得動力艙內(nèi)部流場更加真實。通過動力艙內(nèi)、外流場相互耦合，使直升機動力艙氣動特性計算更加準確。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種動力艙氣動特性計算方法的一優(yōu)選實施例的滑移網(wǎng)格技術(shù)區(qū)域劃分示意圖。

圖2為為本發(fā)明一種動力艙氣動特性計算方法的一優(yōu)選實施例的流程示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。

一種動力艙特性計算方法，適用于直升機，包括以下步驟：

步驟一、對計算區(qū)域進行劃分；

如圖1所示，將計算域劃分為旋翼子區(qū)域、動力艙子區(qū)域和遠場子區(qū)域，其中旋翼子區(qū)域即為滑移子區(qū)域，用來定義旋翼運動，計算旋翼下洗流場；動力艙子區(qū)域用于設(shè)置發(fā)動機噴射流流動和發(fā)動機外表面輻射散熱，計算動力艙內(nèi)部流場；遠場子區(qū)域不僅用于設(shè)置直升機的飛行參數(shù)，還要用于連通旋翼子區(qū)域和動力艙子區(qū)域。

旋翼子區(qū)域(滑移子區(qū)域)，其中包含旋翼槳葉和槳轂等必要部件，旋翼子區(qū)域的周向邊界必須為圓柱面、圓臺面或圓柱和圓臺的同軸心組合區(qū)面，上、下邊界為圓形平面。

旋翼子區(qū)域邊界是其與遠場子區(qū)域的數(shù)據(jù)交換接口，用于求解過程中的數(shù)據(jù)交換；

動力艙子區(qū)域，動力艙子區(qū)域必須包含發(fā)動機外表面、發(fā)動機排氣管、動力艙排氣管、動力艙通風口等部件，其中動力艙通風口為該子區(qū)域與遠場子區(qū)域的數(shù)據(jù)交換接口，用于求解過程中的數(shù)據(jù)交換；

遠場子區(qū)域，遠場子區(qū)域的外邊界到動力艙外表面的距離至少為動力艙最大寬度10倍，預(yù)留與旋翼子區(qū)域和動力艙子區(qū)域的相對應(yīng)的數(shù)據(jù)交換接口。

步驟二、計算模型與邊界條件

a)流體介質(zhì)選?。嚎蓧嚎s理想氣體；

b)求解器設(shè)置：基于密度的非定常求解器；

c)湍流模型與能量方程：使用Realizable k–ε湍流模型，開啟能量方程和Discete Ordinates(DO)熱輻射模型；根據(jù)噴射流的膨脹特性選擇Realizable k–ε湍流模型，根據(jù)發(fā)動機外表面的輻射散熱特性選擇Discete Ordinates熱輻射模型。

d)滑移運動設(shè)置：指定旋翼運動角速度、線速度、旋轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)方向。

e)數(shù)據(jù)交換面設(shè)置：旋翼子區(qū)域與遠場子區(qū)域的數(shù)據(jù)交換面設(shè)置為一對interface面，將滑移子區(qū)域外邊界設(shè)置為旋翼子區(qū)域與遠場子區(qū)域的數(shù)據(jù)交換接口；

動力艙子區(qū)域與遠場子區(qū)域的數(shù)據(jù)交換面設(shè)置為interior邊界條件，將動力艙的通風口設(shè)置為動力艙子區(qū)域與遠場子區(qū)域的數(shù)據(jù)交換接口。

f)邊界條件設(shè)置：

根據(jù)飛行參數(shù)設(shè)置遠場來流速度與大氣壓力；

根據(jù)發(fā)動機相關(guān)參數(shù)設(shè)置發(fā)動機外表面溫度、輻射散熱系數(shù)、發(fā)動機排氣的質(zhì)量流量與密度；

發(fā)動機排氣管、動力艙排氣管、動力艙壁面均設(shè)置為耦合換熱的無滑移壁面；旋翼槳葉與槳轂設(shè)置為無滑移壁面。

步驟三、計算結(jié)果

由于進行旋翼子區(qū)域網(wǎng)格劃分時，應(yīng)用了真實的旋翼槳轂和槳葉部件，所以通過該計算方法可以得到包含旋翼槳轂處混亂流場的非均勻旋翼下洗流場，同時因為算法中加入了能量方程和輻射模型，所以通過本計算方法能夠動機高溫噴射流的膨脹特性和發(fā)動機外表面的輻射散熱特性，從而實現(xiàn)動力艙內(nèi)、流場相互耦合，復(fù)現(xiàn)了直升機動力艙的真實工作環(huán)境。

最后需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制。盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。