Interakcja ostrza z wirem

Symulacja wiru końcówki łopaty helikoptera przez DLR
Zwijanie wiru napiwku

Oddziaływanie wirowe łopat ( BVI ) jest niestacjonarnym zjawiskiem o charakterze trójwymiarowym, które występuje, gdy łopata wirnika przechodzi w bliskiej odległości od wirów końcowych zrzucanych z poprzedniej łopaty. Interakcje aerodynamiczne stanowią ważny temat badań w dziedzinie badań wiropłatów ze względu na niekorzystny wpływ wytwarzany na hałas wirnika , szczególnie w warunkach lotu lub manewru zniżania z małą prędkością, który generuje impulsowy hałas o dużej amplitudzie .

Klasy oddziaływań wirowych łopatek

Literatura wyróżnia różne klasy BVI w wirnikach śmigłowców w zależności od osi wiru uderzającego w stosunku do rozpiętości łopat. Ogólnie można go podzielić na cztery odrębne typy, które zostaną opisane w następujący sposób:

Równoległe BVI

Równoległy BVI występuje, gdy wir i osie łopatek są nominalnie równoległe. To zjawisko BVI wytwarza szum impulsowy (harmoniczny) o największej amplitudzie , dzięki czemu niestabilny wir przesuwa się w kierunku dolnym.

prostopadły BVI

Prostopadły BVI występuje, gdy osie są prostopadłe i leżą w równoległych płaszczyznach. Ze względu na małą niestabilność, efekt szumu prostopadłego BVI jest mniej znaczący w porównaniu z równoległym BVI. Wytwarza ciągły szum szerokopasmowy charakteryzujący się znacznie mniejszym natężeniem w porównaniu do szumu impulsowego (harmonicznego) , który jest powodowany przez równoległy BVI.

Skośny BVI

Skośny BVI występuje między wirem a ostrzem, gdy osie są ukośne. W dziedzinie badań śmigłowców ukośne BVI jest powszechnym zjawiskiem, które wygląda jak pośrednie działanie równoległego BVI i prostopadłego BVI.

Ortogonalny BVI

Ortogonalny BVI występuje, gdy osie wiru znajdują się w płaszczyznach ortogonalnych. W kontekście zastosowania śmigłowca ortogonalna interakcja zwykle występuje między wirami końcowymi generowanymi przez wirnik główny a łopatą śmigła ogonowego .

Sposoby przewidywania BVI

Jako dominujące źródło hałasu, zjawisko BVI może być również szkodliwe dla integralności konstrukcji łopaty ze względu na niestabilne fluktuacje aerodynamiki, takie jak wirowanie i dynamiczne przeciągnięcie wycofującej się łopaty. Dlatego BVI staje się głównym problemem w dziedzinie badań nad śmigłowcami. Aby dokładniej zrozumieć charakterystykę przepływu BVI i aktywnie tłumić hałas i wibracje , ważne jest dokładne przewidywanie BVI. W ostatnim czasie narzędzia do przechwytywania BVI można podzielić na trzy części, które zostaną opisane w następujący sposób:

Test w tunelu aerodynamicznym

Przyszłe łopaty wirnika SMART

Jeśli chodzi o problemy aerodynamiczne, test w tunelu aerodynamicznym jest podstawowym narzędziem wykorzystywanym w badaniach. W 1994 roku naukowcy z niemieckiego DLR , francuskiego ONERA , NASA Langley i US Army Aeroflightdynamics Directorate (AFDD) utworzyli międzynarodowe konsorcjum w celu przeprowadzenia kompleksowego programu eksperymentalnego o nazwie HART I (Higher Harmonic Control Aeroacoustic Rotor Test I) w duży obiekt małej prędkości DNW (niemiecko-holenderski tunel aerodynamiczny). W tym teście używany jest model wirnika BO-105 w skali 40% wraz z kadłubem, wprowadza się szereg zaawansowanych technik pomiarowych do pomiaru poziomu hałasu , nacisku powierzchniowego łopaty, wirów końcówek , ruchów łopaty i momentów konstrukcyjnych zi bez zastosowanie wejść sterowania wysokością HHC (Higher Harmonic Control). W 2001 r. przeprowadzono program aktualizacji o nazwie HART II, ​​aby poprawić podstawowe zrozumienie i możliwości analitycznego modelowania szumu BVI wirnika z wejściami sterującymi wyższymi harmonicznymi skoku (HHC) i bez nich, w szczególności wpływu kilwateru wirnika na hałas i wibracje wirnika .

Metody analityczne

Dokładna symulacja struktury wiru w śladzie jest kluczową częścią badań BVI. Obecnie metody analityczne wychwytywania zjawiska BVI opierają się głównie na modelu swobodnego śladu, który ma wysoką wydajność, ale poważnie zależy od parametrów empirycznych i nie może uwzględniać efektu lepkości powietrza , ponadto aerodynamika obliczona w modelu swobodnego śladu jest oparta na podnoszeniu- teoria linii z wadą wychwytywania obciążenia powietrza i opisu pola przepływu, zwłaszcza dla charakterystyk przepływu transsonicznego .

Metody obliczeniowej dynamiki płynów

W ciągu ostatnich pięćdziesięciu lat metody obliczeniowej mechaniki płynów (CFD) doświadczyły ogromnego rozwoju, odkąd metoda CFD została po raz pierwszy zastosowana w badaniach nad śmigłowcami w latach 70. XX wieku. Rozwój rotora CFD przeszedł trzy etapy.

Równania pełnego potencjału opierają się na teorii przepływu potencjału , ale wynik obliczony tą metodą jest zwykle większy od rzeczywistego, ponieważ pomija efekt śladu . Obecnie można go również zastosować do przewidywania BVI ze względu na doskonałe zalety w zakresie wydajności obliczeniowej. Wraz z rozwojem techniki komputerowej Eulera / Naviera-Stokesa zaczęto wykorzystywać do badań aerodynamicznych wirników. W porównaniu z równaniem pełnego potencjału, równania Eulera / Naviera-Stokesa mogą nie tylko dokładnie uchwycić nieliniowe zjawisko przepływu pola przepływu wirnika, ale mogą również uchwycić ruch wiru końcówki łopaty w domenie obliczeniowej. Obecnie równania Eulera / Naviera-Stokesa stały się dominującą metodą w dziedzinie CFD wirnika śmigłowca . Jednak ze względu na skomplikowanie pola przepływu wirnika wciąż istnieje wiele problemów do rozwiązania, takich jak ruch łopatek, odkształcenie sprężyste , gęstość siatki i wychwytywanie śladu wirnika.

Metody hybrydowe

Obecnie naukowcy opracowali pewnego rodzaju technologie hybrydowe, aby rozwiązać powyższe problemy. Na przykład przeprowadzono metodę wysokiej wierności symulacji oderwanych wirów (DES), aby precyzyjnie przewidzieć obciążenia powietrza w pobliżu łopaty; zaadaptowana metoda siatek Chimera została wykorzystana do dokładnego uchwycenia wiru rzucanego przez ostrza; CFD /CSD (Computational Structure Dynamics) przeprowadzono szeroko, aby skuteczniej uwzględnić zmianę pola przepływu spowodowaną sprężystą deformacją łopatek . Tymczasem niektórzy uczeni zaczęli wprowadzać dyskretny model wirowy (DVM) o wysokiej rozdzielczości do metody CFD /CSD. Metoda CFD /CSD/DVM może nie tylko poprawić dokładność obliczeń BVI, ale także skutecznie wyeliminować niedociągnięcia metod CFD w zakresie numerycznym, co więcej, może znacznie zmniejszyć źródła obliczeniowe. Jest to ważny kierunek, który zasługuje na dalszy rozwój w predykcji BVI.

Zobacz też

  1. ^ Donald, Rockwell (styczeń 1998). „Interakcja Vortex-Body” . Roczny przegląd mechaniki płynów . 30 : 199–299. Bibcode : 1998AnRFM..30..199R . doi : 10.1146/annurev.fluid.30.1.199 .
  2. ^ AT, Conlisk (30 sierpnia 2001). „Nowoczesna aerodynamika wirnika helikoptera”. Postęp w naukach lotniczych . 37 (5): 419–476. Bibcode : 2001PrAeS..37..419C . doi : 10.1016/S0376-0421(01)00011-2 .
  3. ^ Ruth.M, Martin; Wolf.R, Splettstoesser (1987). „Akustyczne wyniki testu akustycznego interakcji łopatki z wirem 40-procentowego modelu wirnika w DNW”. Spotkanie specjalistów AHS na temat aerodynamiki i akustyki .
  4. ^ Wolf.R, Splettstoesser; K, J, Schultz; Ruth.M, Martin (1987). „Identyfikacja i korelacja impulsywnego źródła hałasu interakcji wirnika z wirem z przewidywaniami wirnika”. 11. Konferencja Aeroakustyczna, Konferencje Aeroakustyczne . doi : 10.2514/6.1987-2744 .
  5. ^ D. Stuart, papież; Stewart AL, Glegg; William J., Devenport; Kenneth S, Wittmer (1 października 1999). „Szerokopasmowy hałas helikoptera generowany przez interakcje Blade Wake” . Dziennik Amerykańskiego Towarzystwa Śmigłowcowego . 44 (4): 293–301. doi : 10.4050/JAHS.44.293 .
  6. ^ Yung H, Yu (luty 2000). „Hałas interakcji łopaty wirnika z wirem”. Postęp w naukach lotniczych . 36 (2): 97–115. Bibcode : 2000PrAeS..36...97Y . doi : 10.1016/S0376-0421(99)00012-3 .
  7. Bibliografia _ B, Gmelin; H. Hellera; JJ, Philippe; E, Mercer; JS, Preisser (1994). „Test wirnika aeroakustycznego HHC w DNW - wspólny niemiecko-francusko-amerykański projekt HART” . Obrady 20. Europejskiego Forum Wiropłatów .
  8. Bibliografia _ Ser, Tung; Berend van der, Ściana; Heinz Jurgen, Pausder; Casey, Burley; Tomasz, Brooks; Filip, Beaumier; Yves, Delrieux; Edzard, Mercer; Kurt, Pengel (11–13 czerwca 2002). „Test HART-II: budziki wirnika i aeroakustyka z wejściami kontroli wyższych harmonicznych (HHC) - wspólny projekt niemiecko-francuski/holenderski/amerykański -” . 58. doroczne forum American Helicopter Society .
  9. Bibliografia _ GH, Xu (2006). „Metoda hybrydowa oparta na rozwiązaniu Navier-stokes / Free Wake / Full-Potential Solver do symulacji przepływu wirnika”. Acta Aerodynamica Sinica (po chińsku). 24 (1): 15–21.
  10. Bibliografia _ JG, Leishaman (1995). „Modelowanie swobodnego przepływu wirnika przy użyciu algorytmu relaksacji pseudoniejawnej”. Dziennik samolotów . 32 (6): 1276–1285. doi : 10.2514/3.46875 .
  11. ^ RC, słomiany; FX, Caradonna (1987). „Konserwatywny model pełnego potencjału dla przepływów wirnika”. Dziennik AIAA . 25 (2): 193–198. Bibcode : 1987AIAAJ..25..193S . doi : 10.2514/3.9608 .
  12. ^   B, Jayaraman; AM, Wissink; JW, Lim (styczeń 2012). „Prognoza Helios dotycząca interakcji Blade Vortex i przebudzenia wirnika HART II”. 50. Spotkanie AIAA Aerospace . doi : 10.2514/6.2012-714 . ISBN 978-1-60086-936-5 .
  13. ^   AM, Wissink; B, Jayaraman; A, Datta (styczeń 2012). „Ulepszenia możliwości w wersji 3 kodu symulacji wiropłatów Helios High-Fidelity” . 50. Spotkanie AIAA Aerospace . doi : 10.2514/6.2012-713 . ISBN 978-1-60086-936-5 .
  14. Bibliografia   _ E, Kramer; S, Wang (czerwiec 2006). „Ochrona wirów końcówek na wirniku głównym podczas lotu z powolnym opadaniem przy użyciu siatek chimery dostosowanych do wirów”. 24. Konferencja Aerodynamiki Stosowanej AIAA . doi : 10.2514/6.2006-3478 . ISBN 978-1-62410-028-4 .
  15. Bibliografia _ JS, Kwak; SJ, Shin (maj 2009). „Prognozowanie aerodynamiki / struktury / akustyki wirnika HART II przy użyciu słabo sprzężonej analizy CFD-CSD” . 65. doroczne forum Amerykańskiego Towarzystwa Śmigłowcowego .
  16. ^ RE, brązowy; AJ, Linia (2005). „Wydajne modelowanie czuwania w wysokiej rozdzielczości przy użyciu równania transportu wirowości” . Dziennik AIAA . 43 (7): 1434–1443. Bibcode : 2005AIAAJ..43.1434B . doi : 10.2514/1.13679 .
  17. Bibliografia _ JG, Zhao (2009). „Modelowanie dynamiki wirnika za pomocą metody lepkich cząstek wirowych”. Dziennik AIAA . 47 (4): 902–915. Bibcode : 2009AIAAJ..47..902H . doi : 10.2514/1.36466 .
  18. Bibliografia _ Yi, Xu; Guohua, Xu; Peng, Wei (luty 2017). „Metoda sprzężenia VWM / CFD / CSD do przewidywania obciążenia wirnika” . Chiński Dziennik Aeronautyki . 30 (1): 204–215. doi : 10.1016/j.cja.2016.12.014 .

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Blade-vortex_interaction&oldid=1058850308 ”