直升机吊挂飞行与非吊挂飞行相比,由于增加了新的气动和重力载荷,且直升机与吊挂物二者的运动相互耦合,使得直升机的运动模式发生了改变。吊挂物的存在不仅引起震荡阻力及后向力,影响直升机的飞行姿态,而且吊挂物的运动还会干扰机身附近的流场,从而影响直升机的整体性能。
选用ROBIN直升机机体,构建直升机吊挂物模型,网格划分完成后四片桨叶近体网格数为14591556,机身近体网格数为1281465,吊挂物近体网格数为17487430。背景网格采取自动生成的方式,设置远场网格边界距离为75m,第一层网格步长为0.035,除此之外,为了捕捉向迎风方向脱落的脱落涡,近体网格周围手动设置一个小盒子,实现局部加密,背景网格及挖洞后的网格如下图所示。
图 1直升机带吊挂物模型
图 2直升机吊挂物背景网格及挖洞
海拔高度为H=300m,桨尖参考马赫数为0.62748,来流马赫数为0.08850,雷诺数为0.14206E5,湍流模型为SA-DDES,通量格式为二阶中心差分格式结合Koren限制器,时间推进格式为隐式双时间步进,其中内迭代数为30。
下图为旋翼机身及吊挂物表面压力云图。
图 3表面压力云图
吊挂飞行时旋翼总距的增加使得下洗流增强,对气流的吸附作用更为明显,流场内气流主要向机身的方向流动,通过桨盘后在机身下方形成了尾涡,而在尾桨处气流从后向前流动。吊挂物也处于下洗流的作用下,从下图中可以观察到前飞状态时,旋翼对气流的吸附作用减弱,吊挂物附近因钝体绕流现象而出现了脱落涡。
图 4 Y=0平面基于Q准则的涡量分布云图
图 5 前飞带吊挂物Q-Criterion=0.005等值面上的涡量云图
图 6直升机/吊挂物横截面与纵截面平面流场图