NUMERICAL SIMULATION OF THE PROPELLER/WING INTERACTIONS FOR TRANSPORT AIRCRAFT 笔记

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本文探讨了在运输机设计中，螺旋桨与机翼的相互作用，特别是通过数值模拟研究了高速巡航和起飞条件下的吹气效应。使用了actuatordisk模型简化螺旋桨，结合雷诺平均纳维-斯托克斯方程和湍流模型，验证了模型在高升力系统中的性能提升。研究强调了致动盘模型在快速评估机身设计中的有效性。

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原文：

Moens, F., and P. Gardarein. “Numerical simulation of the propeller/wing interactions for transport aircraft.” 19th AIAA applied aerodynamics conference. 2001.

概述

运输机螺旋桨/机翼相互作用

巡航条件（跨音速飞行速度，中等推力）

起飞情况（低速和高推力）

对这两种情况进行数值实验

引言

吹气效应

高速飞行要求在机身设计中考虑吹风效应

机翼上存在的压缩性效应会被短舱和螺旋桨滑流局部放大。机翼上可能会出现冲击或流动分离等关键区域，从而导致性能下降。

螺旋桨的吹气效应大大增加了飞机低速时的升力，这对于短距起降应用尤其重要

对称性

在大多数情况下，两个机翼上的螺旋桨旋转运动是相同的，这使得飞机上的流动不对称，并且可能导致左右机翼之间不同的性能行为。

螺旋桨的建模

the propeller is modeled by an actuator-disk

致动盘模型 actuator-disk 将螺旋桨化简成一个从流管中提取/输出动能的，无限薄的浆盘

https://www.e-education.psu.edu/aersp583/node/470

数值方法和致动盘模型

数值方法

流体求解用的 CANARI 代码别人的内部代码

物理模型是雷诺平均纳维-斯托克斯方程 Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations (RANS)

为了封闭方程组，要使用湍流模型把湍流的脉动值附加项与时均值联系起来

该文章使用的是湍流模型基于涡粘性（eddy viscosity）的概念

具体湍流模型是 Smith’s k-l model

求解控制方程用隐式有限体积和多步时间

每一次迭代分为三个步骤：

显式计算
人工耗散
隐式计算

显式阶段是 Jameson 和 Baker 提出的 4 步 Runge-Kutta 空间中心型方案，针对稳态问题采用局部时间步长。添加了四阶线性耗散项，并且还添加了二阶非线性耗散项，以便正确捕获流动不连续性。这种处理类似于 Jameson 描述的，由 Eriksson 引入的数值边界处理。 Lerat 为欧拉方程提出的隐式阶段适用于欧拉方程和纳维-斯托克斯方程。已实施完整的多重网格技术（使用 FAS 方法）