Численное моделирование аэродинамики циклического движителя в режиме полета

Аннотация

Выполнено численное моделирование аэродинамики циклического движителя в различных режимах. Циклический движитель представляет собой ротор, на внешней цилиндрической поверхности которого параллельно его оси закреплены лопатки, способные изменять свой угол наклона по мере вращения. Аэродинамика ротора моделируется в постановке трехмерного турбулентного несжимаемого течения воздуха. Численная модель базируется на методах вычислительной гидродинамики, в частности, дискретизация расчетной области осуществляется согласно методу контрольных объемов, а движение лопаток учитывается методом скользящих сеток. Проведенные тестовые расчеты демонстрируют хорошее согласование результатов с известными экспериментальными данными. Показано, что за один цикл вращения ротора лопасть проходит два участка создания тяги, из которых большая часть приходится на нижнюю половину цикла. Для нахождения характеристик ротора в условиях полета, рассмотрено обтекание одиночного ротора набегающим потоком при варьировании направления его вращения и скорости. Выявлено, что  с увеличением последней вертикальная составляющая создаваемой лопатками подъемной силы растет. При обтекании горизонтальным потоком воздуха в условиях висения (при отсутствии смещения относительно поверхности земли) существенно меняется затрачиваемая мощность и, соответственно, эффективность работы ротора. При размещении в набегающем потоке системы из двух роторов их параметры, как свидетельствуют результаты расчетов, значительно и разнонаправлено изменяются с ростом скорости потока: момент сил на переднем движителе уменьшается, а на заднем увеличивается. При умеренной скорости набегающего потока роторы почти не влияют друг на друга. С ростом скорости набегающего потока управление движителями требует отклонения отбрасываемых ими струй воздуха,  вследствие этого задний ротор попадает в струю от переднего ротора, и это приводит к ухудшению его характеристик.