【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于流场数值模拟方法领域，具体涉及一种用于分布式涵道风扇-机翼耦合布局的流场模拟方法。
技术介绍
1、电动化是飞机发展的一大趋势，电推进的特点之一是动力系统的“尺度无关性”，即将单个大功率的动力系统拆分为多个小功率的动力系统不会改变动力系统的功率密度和效率。因此分布式电推进技术逐渐成为各国重点发展方向。分布式涵道风扇电推进是分布式电推进的一种重要动力形式，正在被越来越多的人关注。分布式涵道风扇能够提升等效涵道比，与机翼的深度耦合能够提升爬升和巡航阶段的升阻比，多个动力单元实现安全冗余，还可以利用动力差调整飞行姿态。
2、目前，数值模拟方法在解释流动机理、降低研究成本，缩短研究时间等方面发挥着关键作用，尤其在飞行器气动性能分析方面应用广泛。在面对涵道风扇这种具有旋转叶片的工程问题时，为保证计算精度，常常采用求解雷诺平均navier-stokes(reynolds-averaged navier-stokes，rans)方程的方法来模拟粘性流场，为提高计算效率，常常采用多重参考坐标系(multiple reference frame,mrf)方法将非定常流场转化为准定常流场来计算；但是，对于分布式涵道风扇-机翼耦合布局，涵道风扇对全机气动参数的影响至关重要，必须将分布式涵道风扇的网格纳入计算，而在分布式涵道风扇与机翼的耦合布局中，风扇数量多，每个风扇的叶片数量也多，这会导致“网格灾难”；其次，为了模拟粘性效应，需要在叶片壁面附近生成细密的边界层网格，因而网格量巨大，即使采用基于mrf的准定常方法，仍然会导致计算
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提出了一种用于分布式涵道风扇-机翼耦合布局流场模拟方法，通过交界面的流场信息替换引入边界条件来模拟风扇对流场的作用，从而避免求解扇叶附近的流场，能够在保证计算精度的前提下，有效提高三维分布式涵道风扇-机翼耦合布局的流场及气动力系数求解效率。
2、本专利技术所提供的技术方案是：
3、所述一种用于分布式涵道风扇-机翼耦合布局的流场模拟方法，包括如下步骤：
4、步骤1：针对计算模型划分计算域、生成计算网格，具体为：
5、计算域和网格具体分为三个部分，第一部分是围绕机体的静止计算域，包括机翼、涵道和远场，此部分网格为机体网格，在各涵道孔内包含动叶、静叶的位置处挖掉一个圆柱形区域；第二部分是围绕动叶的圆柱形旋转计算域，此部分网格为动叶网格，所述圆柱形旋转计算域直径与所述机体网格中挖掉的圆柱形区域直径匹配；第三部分是围绕静叶的圆柱形静止计算域，此部分网格为静叶网格，所述圆柱形静止计算域直径与所述机体网格中挖掉的圆柱形区域直径匹配，并且动叶所在圆柱形旋转计算域与静叶所在圆柱形静止计算域的长度之和等于所述机体网格挖掉的圆柱形区域的长度，保证能够将动叶网格和静叶网格对接嵌入所述机体网格相应位置从而组装成一个整体；
6、步骤2：将步骤1得到的机体、动叶、静叶的计算网格组装在一起，旋转动叶网格，获得多个动叶处于不同相位角的组装网格，并采用rans+mrf方法求解动叶在不同相位角时全机的准定常流场；
7、步骤3：基于步骤2得到的求解结果，将动叶网格与机体网格的交界面，即动叶前方交界面，以及静叶网格与机体网格的交界面，即静叶后方交界面上各网格点上的流场信息提取出来；
8、步骤4：基于步骤1得到的机体网格和步骤3得到的交界面流场信息对全机流场进行rans求解，获得全机的流场及气动力系数，其中关键的边界条件处理具体为：
9、将步骤3中提取的动叶在不同相位角下动叶前方交界面流场信息进行平均后赋值给机体网格中与动叶网格的交界面上，并将其设置为出口边界；将步骤3中提取的动叶在不同相位角下静叶后方交界面流场信息进行平均后赋值给机体网格中与静叶网格的交界面上，并将其设置为入口边界；通过上述出口边界和入口边界来模拟涵道风扇对流场的作用。
10、进一步的，所述步骤2具体包含以下子步骤：
11、步骤2.1：将动叶网格和静叶网格对接，嵌入机体网格相应位置，从而组装成一个整体。假设动叶有m片扇叶，则两片扇叶同一位置下的夹角为度，将此夹角分为n个时刻，分别将动叶网格旋转度，获得n套动叶处于不同相位角的组装网格；
12、步骤2.2：基于步骤2.1获得的n套动叶处于不同相位角的组装网格，采用rans+mrf方法求解动叶在不同相位角时全机的准定常流场。
13、进一步的，所述步骤3中交界面上各网格点上的流场信息包括三方向速度、湍动能和粘性耗散率；
14、进一步的，所述步骤4中将动叶处于不同相位角的交界面流场信息进行平均,具体方法为：基于步骤2.2，采用rans+mrf方法对n套动叶处于不同相位角的组装网格进行全机的准定常流场求解，获得这n个时刻下的流场，然后将这个n个流场在交界面上同一网格点的流场信息进行平均，设f为流场信息中的某一个物理量，平均值的表达式为
15、
16、进一步的，所述步骤4中对机体网格进行流场求解时，将机体网格中间被挖掉的圆柱形区域设为固体域，不参与流场计算，即在本步骤的计算中不再将动叶网格和静叶网格纳入计算。
17、有益效果
18、本专利技术针对分布式涵道风扇-机翼耦合布局飞机在准/非定常流场求解中遇到的网格量大、求解速度慢的问题，提出一种用于分布式涵道风扇-机翼耦合布局的流场模拟方法，通过提取准定常流场中前后交界面的三个方向的速度、湍动能、粘性耗散率等流场信息并施加到无扇叶网格的前后交界面的相应位置上，引入出口边界和入口边界来模拟涵道风扇对流场的作用，通过求解一次准定常的流场，即可准确求解多个迎角范围、多个构型下的全机和涵道的气动力系数，相对于传统rans方法，由于动叶、静叶网格没有参与流场计算，可以保证计算精度的同时，大幅提高计算效率。
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1.一种用于分布式涵道风扇-机翼耦合布局的流场模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述一种用于分布式涵道风扇-机翼耦合布局的流场模拟方法，其特征在于：所述步骤1中，在机体网格中，从各涵道孔内动叶、静叶的位置处挖掉一个圆柱形区域，围绕动叶的圆柱形旋转计算域直径与所述机体网格中挖掉的圆柱形区域直径匹配，围绕静叶的圆柱形静止计算域直径与所述机体网格中挖掉的圆柱形区域直径匹配，并且，围绕动叶的圆柱形旋转计算域与围绕静叶的圆柱形静止计算域的长度之和等于所述机体网格挖掉的圆柱形区域的长度。
3.根据权利要求1所述所述一种用于分布式涵道风扇-机翼耦合布局的流场模拟方法，其特征在于，所述步骤2包含以下子步骤：
4.根据权利要求1所述所述一种用于分布式涵道风扇-机翼耦合布局的流场模拟方法，其特征在于，所述步骤3中交界面上各网格点上的流场信息包括三方向速度、湍动能和粘性耗散率。
5.根据权利要求1所述所述一种用于分布式涵道风扇-机翼耦合布局的流场模拟方法，其特征在于，所述步骤4中将动叶处于不同相位角的交界面流场信息进行平均方法具体为
6.根据权利要求1所述所述一种用于分布式涵道风扇-机翼耦合布局的流场模拟方法，其特征在于，所述步骤4中对机体网格进行流场求解时，将机体网格中间被挖掉的圆柱形区域设为固体域，不参与流场计算。
...【技术特征摘要】
1.一种用于分布式涵道风扇-机翼耦合布局的流场模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述一种用于分布式涵道风扇-机翼耦合布局的流场模拟方法，其特征在于：所述步骤1中，在机体网格中，从各涵道孔内动叶、静叶的位置处挖掉一个圆柱形区域，围绕动叶的圆柱形旋转计算域直径与所述机体网格中挖掉的圆柱形区域直径匹配，围绕静叶的圆柱形静止计算域直径与所述机体网格中挖掉的圆柱形区域直径匹配，并且，围绕动叶的圆柱形旋转计算域与围绕静叶的圆柱形静止计算域的长度之和等于所述机体网格挖掉的圆柱形区域的长度。
3.根据权利要求1所述所述一种用于分布式涵道风扇-机翼耦合布局的流场模拟方法，其特征在于，所述步骤2包含以下子步骤：
4.根据权利要求1所述所述一种用于分布式涵道风扇-机翼耦...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩凯，邱亚松，白俊强，曹天时，余时泷，冯少东，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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