Математическое и компьютерное моделирование однорядных и двухрядных шестилопастных винтокольцевых движителей
Аннотация:
Предмет исследования. Рассмотрена проблема компьютерного моделирования эффективных движителей типа винт в кольце. По опыту применения в рулевых фенестронах вертолетов спаренных лопастей известно, что такая конфигурация создает меньше шума по сравнению с равномерным расположением лопастей по окружности. Однако поток за таким винтом менее равномерный, чем у обычного винта в кольце. Для беспилотных воздушных судов мультикоптерного типа и аэротакси ключевой проблемой является полет на режимах взлета и посадки, а также акустические и вихревые поля, создаваемые движителями на данных режимах. Снижение уровня шума у движителей со спаренными лопастями потенциально может сопровождаться усилением нестационарных вихревых воздействий на летательный аппарат, а также снижением удельной тяги. В данной работе предложена методика численного моделирования винтокольцевых движителей на режиме взлета и посадки, определении оптимального угла между лопастями, а также в сравнении винтокольцевого движителя со спаренными Х-образными лопастями с обычными винтами. Метод. Расчет турбулентных течений выполнен с использованием нестационарных осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса с привлечением модели Shear Stress Transport (SST) модели турбулентности и моделирования крупных вихрей с применением модели подсеточной вязкости WALE (Wall-Adapting Local Eddy-viscosity). В расчетах использована модификация γ–Reθ Transition SST модели турбулентности Лэнгтри−Ментера, в которой имеются соотношения для критерия перемежаемости. Это позволило учесть ламинарно-турбулентный переход и появление тонких ламинарных отрывных пузырей, влияющих как на тягу винта, так и на неравномерность течения за ним. Тестирование проведено на четырехлопастных винтокольцевых движителях по известным результатам эталонных экспериментов Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н.Е. Жуковского. Основные результаты. Тестирование γ–Reθ Transition Shear Stress Transport (tSST) модели турбулентности Лэнгтри−Ментера показало, что она лучше стандартной SST-модели воспроизводит зависимость коэффициентов тяги и мощности от угла установки лопастей. Расчеты показали наличие четко выраженного оптимума по углу между спаренными лопастями. Выполненное сравнение трехлопастного, шестилопастного одинарного и шестилопастного со сдвоенными лопастями винтокольцевых движителей подтвердило, что последний вариант имеет несколько лучшие характеристики тяги и создает существенно меньший уровень шума на местности. Практическая значимость. Исследованные характеристики винтокольцевого движителя продемонстрировали перспективы применения винтов со сдвоенными лопастями в воздушных судах с вертикальным взлетом и посадкой. Отработанная численная методика может быть непосредственно использована для промышленных расчетов винтов и вентиляторов.
Ключевые слова:
Постоянный URL
Статьи в номере
- Импульсная запись динамических голограмм в кристалле силиката висмута при изменении длины волны лазерного излучения
- Гибридный эндоскоп с телевизионной и многоспектральной обработкой изображений для диагностики рака внутренних органов
- Моделирование композитного волноводного голографического дисплея
- Применение методов инфракрасной спектроскопии в исследовании составов для проклейки бумаги
- Методика оптимизации распределения плотности пикселов по зоне наблюдения
- Оценка ошибки и разработка методики компенсации погрешности позиционирования оборудования с числовым программным управлением
- Компенсация внешних возмущений по выходу для класса линейных систем с запаздыванием в канале управления
- Люминесцентный метод исследования роста квантовых точек AgInS2
- Особенности импульсного лазерного напыления тонких пленок InGaAsN в атмосфере активного фонового газа
- Нахождение распределения электронов в сверхрешетках AlGaAs/GaAs
- Спектральные и кинетические свойства квантовых точек сульфида серебра во внешнем электрическом поле
- Влияние наноразмерных горизонтальных неоднородностей на послойный анализ поверхности методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии
- Органические светоизлучающие диоды с новыми красителями на основе кумарина
- Изготовление и характеристика гибридного композита Al6082/SiC/порошок рисовой шелухи, получаемого методом фрикционного перемешивания
- Многопутевая безопасная маршрутизация для обнаружения атаки с захватом узла в беспроводной сенсорной сети
- Метод документирования архитектурных решений вычислительных платформ
- Повышение точности распознавания внесловарных слов для интегральной системы автоматического распознавания русской речи
- Метод мониторинга состояния элементов киберфизических систем на основе анализа временных рядов
- Применение волновой модели текста к задаче сентимент-анализа
- Автоматизированная оценка параметров электрокардиограмм в условиях пандемии COVID-19
- Мультиагентная адаптивная маршрутизация агентами-клонами на основе многоголового внутреннего внимания с использованием обучения с подкреплением
- Совместное обучение агентов и векторных представлений графов в задаче управления конвейерными лентами
- Моделирование процессов переноса излучения в газожидкостных пенах
- Статистическая оценка влияния величины сигнал/помеха на погрешность измерения параметров акустической эмиссии
- Моделирование процесса стационарного термоотражения для измерения теплопроводности материалов
- Дифференциально-разностная модель теплопереноса в твердых телах с использованием метода параметрической идентификации