دانلود رایگان ترجمه مقاله شبیه سازی عددی جریان ناپایدار در اطراف پرواز پیشرو هلیکوپتر (نشریه الزویر 2011)

شبیه سازی عددی جریان ناپایدار در اطراف پرواز پیشرو هلیکوپتر با روتورهای هم محور

Numerical Simulation of Unsteady Flow Around Forward Flight Helicopter with Coaxial Rotors

چکیده
1- مقدمه
2- ایجاد شبکه واژگون بدون ساختار
3- روش عددی
3-1- معادله حاکم
3-2- پله زمانی
4- نتایج و بحث
4-1- شبیه سازی روتورهای هم محور در پرواز ثابت در سطح زمين
4-2- شبیه سازی پرواز هلیکوپتر به جلو با روتوهای هم محور
5- نتیجه گیری

چکیده

معادلات سه بعدی اویلر ناپایدار به طور عددی برای شبیه سازی جریان های در اطراف ناپایدار هلیکوپتر در پرواز به جلو با روتورهای هم محور بر اساس شبکه های بدون ساختار واژگون پویا حل می شوند. عملکرد دو روتورهای هم محور هر دو بدتر می شود به خاطر تعامل آیرودینامیک مربوط بین آنها ، و تاثیر روتور بالایی بر روی روتور پایین بیشتر از روتور پایینی بر روی روتور بالایی است. سرعت فشار باد به سمت پايين در سطح روتور پایینی بسیار بزرگتر از آن در سطح بالای روتور، و سرعت فشار باد به سمت پايين در سطح بالای روتور کمی بزرگتر از آن در سطح روتور منفرد است. سرعت فشار باد به سمت پايين و ضریب محوری هر دو بزرگتر می شوند وقتی زاویه پره ها اضافه می گردد. هنگامی که فاصله بین دو روتورهای هم محور افزایش می یابد، ضریب محوری روتور بالایی افزایش می یابد، اما ضریب محوری در کل کمی کاهش می یابد، چرا که کاهش ضریب محوری روتور پایینی بزرگتر از افزایش ضریب محوری روتور بالایی است.
1- مقدمه
پیکربندی هم محور روتورها یکی از راه حل های تکنولوژیکی برای افزایش توانایی حمل بار هلیکوپتر است. از آنجا که دو روتور نیروی شبکه را به جای روتور واحد در طرح مرسوم تولید می کنند، قطر روتورها می تواند برای حمل همان مقدار وزن کاهش یابد. جذاب ترین قابلیت طراحی هم محور فشردگی حاصل و ایمنی خودرو می باشد. ثانیا، گشتاورهای پیچشی معکوس تولید شده توسط دو روتور با توجه به جهت مخالف چرخش لغو خواهد شد و روتور دم و پايه اى که سطوح دم را تحمل ميکند می تواند حذف شود، که منجر به یک وسیله نقلیه کوچک تر و سبک تر می شود.
5- نتیجه گیری
در مقاله حاضر ، جریان در اطراف هلیکوپتر با پرواز رو به جلو با روتورهای هم محور و منفرد با حل معادلات سه بعدی اویلر ناپایدار بر اساس شبکه های بدون ساختار واژگون پویا شبیه سازی شده است ، و برخی از نتایج به دست آمده به شرح زیر است.
(1) در مقایسه با بالگرد با روتور منفرد، رانش هر دو روتورهای هم محور کوچکتر است، به خصوص رانش روتور پایینی بسیار کوچکتر است ، که نشان می دهد که تعامل بین روتورهای هم محور منجر به کاهش عملکرد روتورهای هم محور ، به خصوص روتور پایینی می شود.
(2) تعامل بین روتورهای هم محور باعث می شود سرعت فشار باد به سمت پايين در سطح روترو پایینی بسیار بزرگتر از سطح روتور منفرد، و سرعت فشار باد به سمت پايين در سطح روتور بالایی کمی بزرگتر از آن در سطح روتور منفرد باشد.
(3) جریان گردابه با فشار به سمت بالا در بالای بدنه در هر دو مدل هلی کوپتر وجود دارد ، و قدرت هلیکوپتر با روتور هم محور ضعیف تر از آن از هلی کوپتر های با روتور منفرد است.
(4) سرعت فشار باد به سمت پايين و ضریب رانش افزایش می یابد هنگامی که زاویه جمعی تیغه بزرگتر می شود.
(5) هنگامی که فاصله روتور افزایش می یابد، ضریب رانش برای روتور بالایی افزایش و برای روتور پایینی کاهش می یابد، و رانش کلی کمی کاهش می یابد.
نشان داده شد که روش حاضر از شبکه های بدون ساختار واژگون پویا کارآمد و قوی برای شبیه سازی جریان ناپایدار در اطراف بالگرد با روتور هم محور است، و فهم جدیدی از سیستم هم محور روتور و روتور / بدنه تعاملات در آینده برای کشف مشکلات آیرودینامیک از سیستم روتور هم محور مورد مطالعه قرار خواهد گرفت.

Abstract

Three-dimensional unsteady Euler equations are numerically solved to simulate the unsteady flows around forward flight helicopter with coaxial rotors based on unstructured dynamic overset grids. The performances of the two coaxial rotors both become worse because of the aerodynamic interaction between them, and the influence of the top rotor on the bottom rotor is greater than that of the bottom rotor on the top rotor. The downwash velocity at the bottom rotor plane is much larger than that at the top rotor plane, and the downwash velocity at the top rotor plane is a little larger than that at an individual rotor plane. The downwash velocity and thrust coefficient both become larger when the collective angle of blades is added. When the spacing between the two coaxial rotors increases, the thrust coefficient of the top rotor increases, but the total thrust coefficient reduces a little, because the decrease of the bottom rotor thrust coefficient is larger than the increase of the top rotor thrust coefficient.

1- Introduction

Coaxial rotors configuration is one of the technological solutions for increasing helicopter load-carrying ability. Since two rotors produce the net thrust instead of a single rotor in the conventional design, the diameter of the rotors can be reduced to carry the same amount of weight. The most attractive feature of a coaxial design is the resulting compactness and safety of the vehicle. Secondly, the converse torsional moments generated by the two rotors would be canceled due to the opposite rotational directions, and the tail rotor and tail boom can be eliminated, resulting in a smaller and lighter vehicle.

5- Conclusions

In the present article, the forward flight flows around the coaxial and individual rotor helicopters have been simulated by solving the three-dimensional unsteady Euler equations based on the unstructured dynamic overset grids, and some conclusions are obtained as follows.

(1) Compared to the individual rotor helicopter, the thrusts of both coaxial rotors are smaller; especially the thrust of bottom rotor is much smaller, which demonstrates that the interaction between the coaxial rotors leads to decreasing the performance of the coaxial rotors, especially the bottom rotor.

(2) The interaction between the coaxial rotors makes the downwash velocity at the bottom rotor plane much larger than that at the individual rotor plane, and the downwash velocity at the top rotor plane is a little larger than that at the individual rotor plane.

(3) There are upwash vortex flows on the top of the fuselages of both helicopter models, and the strength of the coaxial rotor helicopter is weaker than that of the individual rotor helicopter.

(4) The downwash velocity and thrust coefficient both increase when the collective angle of blade becomes larger. (5) When the rotor spacing increases, the thrust coefficients will increase for the top rotor and decrease for the bottom rotor, and the total thrust reduces a little.

It is demonstrated that the present method of unstructured dynamic overset grids is efficient and robust for simulating unsteady flows around helicopter with coaxial rotors, and new understandings of coaxial rotor systems and rotor/fuselage interactions will be studied in the future to uncover more aerodynamic problems of coaxial rotor systems..