直升機吊掛飛行與非吊掛飛行相比,由于增加了新的氣動和重力載荷,且直升機與吊掛物二者的運動相互耦合,使得直升機的運動模式發生了改變。吊掛物的存在不僅引起震蕩阻力及后向力,影響直升機的飛行姿態,而且吊掛物的運動還會干擾機身附近的流場,從而影響直升機的整體性能。
選用ROBIN直升機機體,構建直升機吊掛物模型,網格劃分完成后四片槳葉近體網格數為14591556,機身近體網格數為1281465,吊掛物近體網格數為17487430。背景網格采取自動生成的方式,設置遠場網格邊界距離為75m,第一層網格步長為0.035,除此之外,為了捕捉向迎風方向脫落的脫落渦,近體網格周圍手動設置一個小盒子,實現局部加密,背景網格及挖洞后的網格如下圖所示。
圖 1直升機帶吊掛物模型
圖 2直升機吊掛物背景網格及挖洞
海拔高度為H=300m,槳尖參考馬赫數為0.62748,來流馬赫數為0.08850,雷諾數為0.14206E5,湍流模型為SA-DDES,通量格式為二階中心差分格式結合Koren限制器,時間推進格式為隱式雙時間步進,其中內迭代數為30。
下圖為旋翼機身及吊掛物表面壓力云圖。
圖 3表面壓力云圖
吊掛飛行時旋翼總距的增加使得下洗流增強,對氣流的吸附作用更為明顯,流場內氣流主要向機身的方向流動,通過槳盤后在機身下方形成了尾渦,而在尾槳處氣流從后向前流動。吊掛物也處于下洗流的作用下,從下圖中可以觀察到前飛狀態時,旋翼對氣流的吸附作用減弱,吊掛物附近因鈍體繞流現象而出現了脫落渦。
圖 4 Y=0平面基于Q準則的渦量分布云圖
圖 5 前飛帶吊掛物Q-Criterion=0.005等值面上的渦量云圖
圖 6直升機/吊掛物橫截面與縱截面平面流場圖