论文摘要：主旋翼和泵喷推进器的流场计算及声学分析

截至目前为止，旋翼的定常流场计算已经相当成熟，而非定常计算还处于探索阶段。随着CFD技术的日趋成熟，很多优秀的商用软件被开发出来。比利时NUMECA公司开发的FINE/Turbo已经在旋转内流机械的流场计算方面树立了良好的口碑。本文利用该软件对直升机的主旋翼的定常及非定常流场进行了模拟。有别于以往通常所采用的半桨盘上周期性网格，本文采用“多块分区”的思想生成整个桨盘上的计算网格，从而有效地避免了定常计算到非定常计算时的网格通用问题。虽然在一定程度上增加了网格总数，但通过更加合理的计算域的选取和网格分布，总体网格数的增加被限制到最小。桨尖附近的网格采用NUMECA独有的 “完全非匹配”连接技术来连接，这一处理大大降低了对计算能力的要求。利用定常计算得到的结果作为非定常计算的初场，计算在多重网格上进行，采用“双时间”推进这种高效的时间推进方法，从而有效地加速了非定常计算的收敛。本文所得定常/非定常模拟结果与相关文献给出的实验数据符合得很好；在以往他人的工作基础上有了很大程度的改善，尤其在非定常流场计算方面。基于模拟所得流场信息，利用已有的基于FW-H方程的螺旋桨噪声预测方法的声学程序，本文计算了旋翼处于悬停无升力、悬停有升力和前飞有升力状态下的远声场，所得计算结果与文献对比吻合很好。计算中使用的网格数据是由上述流场计算的CFD结构网格转换而得到的有限元网格。这种处理可以有效避免以往声学计算需要从CFD网格插分到声学计算网格的麻烦以及插分引入的误差。 本文还对泵喷推进器的定常及非定常流场进行了模拟。用NUMECA自带的AutoGrid网格生成模块分别生成转子和静子网格，并根据经验在IGG中对网格进行手动调整从而得到了质量较高的网格。对转/静叶片数进行了约化，裁减了计算域。转/静交界面分别采用“界面掺混”和“Domain Scaling”两种方法，有效地保证了定常和非定常流场的数值模拟中对交界面数据交换的要求。定常计算的结果作为非定常计算的初始场，加速了非定常计算过程的收敛，从而节省了计算时间。由于缺少必要的对比数据，本文只给出了自己的计算结果，并对比了同一工况下泵喷推进器的定常和非定常流场计算结果。对比结果表明，相对于定常计算结果，非定常计算结果捕捉到更加丰富的流场信息。