Blade-vorteks etkileşimi - Blade-vortex interaction

DLR tarafından helikopter bıçağı ucu girdap simülasyonu
İpucu girdap toplaması

Bir bıçak girdabı etkileşimi (BVI), üç boyutlu doğanın kararsız bir olgusudur ve rotor kanadı kulübenin yakın çevresinden geçer girdaplar önceki bir bıçaktan. aerodinamik etkileşimler önemli bir araştırma konusunu temsil eder. rotorcraft üzerinde üretilen olumsuz etki nedeniyle araştırma alanı rotor gürültüsü özellikle yüksek genlik oluşturan düşük hızda alçalan uçuş durumunda veya manevrada dürtüsel gürültü.

Bıçak girdap etkileşimleri sınıfları

Literatür, farklı BVI sınıflarını, helikopter rotorları etkiye bağlı olarak girdap bıçak açıklığına göre eksen.[1][2] Genel olarak, aşağıdaki gibi tanımlanacak dört farklı türe ayrılabilir:

Paralel BVI

Paralel BVI, girdap ve bıçak eksenleri nominal olarak paralel olduğunda oluşur. En büyük genliği üreten BVI olgusudur. dürtü (harmonik) gürültü, bundan dolayı kararsız girdap aşağı akıntıya doğru hareket eder.[3][4]

Dikey BVI

Dik BVI, eksenler dikey olduğunda ve paralel düzlemlerde olduğunda oluşur. Düşük dengesizliği nedeniyle, dikey BVI'nın gürültü etkisi, paralel BVI'ye göre daha az önemlidir. Sürekli üretir geniş bant gürültüsü ile karşılaştırıldığında çok daha düşük bir yoğunluk ile karakterize dürtü (harmonik) gürültü, paralel BVI'dan kaynaklanır.[5][6]

Eğik BVI

Eğik BVI, eksenler eğik olduğunda girdap ve bıçak arasında meydana gelir. Helikopter araştırma alanında, eğik BVI, paralel BVI ve dik BVI'nın bir ara eylemi gibi görünen yaygın bir fenomendir.

Ortogonal BVI

Dikey BVI, girdabın eksenleri ortogonal düzlemlerde olduğunda meydana gelir. Helikopter uygulaması bağlamında, ortogonal etkileşim genellikle girdaplar tarafından üretilen ana rotor ve kılıcı kuyruk pervanesi.

BVIs tahmini araçları

Baskın bir gürültü kaynağı olarak BVI fenomeni, aerodinamikteki kararsız dalgalanmalar nedeniyle kanat yapısı bütünlüğüne de zararlı olabilir. girdap kırma ve dinamik durak geri çekilme bıçağında. Bu nedenle, BVI, helikopter araştırma alanında temel bir endişe haline gelir. BVI akış karakteristiğini daha yakından anlamak ve gürültü, ses ve titreşim aktif olarak, BVI'leri kesin olarak tahmin etmek önemlidir. Son zamanlarda, BVI'ları yakalamaya yönelik araçlar, aşağıdaki gibi açıklanacak üç bölüme ayrılabilir:

Rüzgar tüneli testi

Geleceğin SMART Rotor Bıçakları

Aerodinamik problemlere gelince, rüzgar tüneli test, araştırmada kullanılan temel bir araçtır. 1994 yılında, Alman DLR, Fransızca ONERA, NASA Langley ve ABD Ordusu Aeroflightdynamics Müdürlüğü (AFDD), HART I (Yüksek Harmonik Kontrol) adı verilen kapsamlı bir deneysel programı yürütmek için uluslararası bir konsorsiyum oluşturdu. Aeroakustik DNW'nin (Alman-Hollanda rüzgar tüneli) büyük düşük hızlı tesisinde Rotor Testi I) projesi. Bu testte% 40 ölçekli BO-105 rotor modeli bir gövde ile birlikte, ölçüm yapmak için bir dizi karmaşık ölçüm tekniği tanıtılmıştır. gürültü seviyesi bıçak yüzey basıncı, girdaplar, kanat hareketleri ve yapısal momentler, HHC (Yüksek Harmonik Kontrol) aralık kontrol girişlerinin uygulanmasıyla birlikte ve uygulanmadan.[7] 2001 yılında, rotor BVI gürültüsünün daha yüksek harmonik perde kontrolü (HHC) girdileri olan ve olmayan temel anlayışını ve analitik modelleme yeteneklerini, özellikle rotor uyanıklıklarının rotor üzerindeki etkisini geliştirmek için HART II adlı bir güncelleme programı yürütüldü. gürültü, ses ve titreşim.[8]

Analitik Yöntemler

Doğru simülasyonu girdap yapısı içinde uyanmak BVI araştırmasının çok önemli bir parçasıdır. Şu anda ， BVI fenomeni yakalamaya yönelik analitik yöntemler, temelde yüksek verimlilik sağlayan ancak ampirik parametrelere ciddi bağımlılığı olan ve içeremeyen serbest uyanma modeline dayanmaktadır. hava viskozitesi etkisi, dahası, aerodinamik ücretsiz uyanma modelinde hesaplanan kaldırma hattı teorisi hava yükü yakalama ve akış alanını tanımlamadaki dezavantaj, özellikle özellikleri için transonik akış.[9]

Hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemleri

Son elli yılda, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) metotlar, CFD yöntem ilk uygulandı helikopter 1970'lerde araştırma.[10] Rotor CFD'sinin geliştirilmesi üç aşamadan geçmiştir.

Tam potansiyel denklemler, potansiyel akış teorisi, ancak bu yöntemle hesaplanan sonuç, etkisini göz ardı ettiği için genellikle gerçek olandan daha büyüktür. uyanmak. Şu anda, hesaplama verimliliğindeki mükemmel avantajlar nedeniyle BVI'leri tahmin etmek için de uygulanabilir.[11] Bilgisayar teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, Euler /Navier-Stokes denklemleri rotor aerodinamik araştırmalarında kullanılmaya başlandı. Tam potansiyel denklem ile karşılaştırıldığında, Euler /Navier-Stokes denklemleri rotor akış alanının doğrusal olmayan akış fenomenini yalnızca doğru bir şekilde yakalamakla kalmaz, aynı zamanda kanadın hareketini de yakalayabilir bahşiş girdabı hesaplama alanında. Şu anda, Euler /Navier-Stokes denklemleri rotor alanında baskın yöntem haline gelmiştir CFD nın-nin helikopter. Bununla birlikte, rotor akış alanının karmaşık olması nedeniyle, kanat hareketi gibi hala çözülmesi gereken birçok problem vardır. elastik deformasyon, ağ yoğunluğu ve rotor uyanıklığı yakalama.

Hibrit yöntemler

Şu anda, araştırmacılar yukarıdaki problemlerin üstesinden gelmek için bir tür hibrit teknolojiler geliştirdiler. Örneğin, yüksek doğruluk ayrılmış girdap simülasyonu Kanadın yakınındaki hava yüklerini kesin olarak tahmin etmek için (DES) yöntemi uygulandı;[12][13] uyarlanmış Chimera ızgaraları yöntemi, kanatların vorteks dökülmesini doğru bir şekilde yakalamak için kullanıldı;[14] CFD / CSD (Hesaplamalı Yapı Dinamikleri), kanatların elastik deformasyonunun neden olduğu akış alanı değişikliğini daha etkili bir şekilde hesaba katmak için geniş çapta gerçekleştirildi.[15] Bu arada, bazı bilim adamları yüksek çözünürlüklü ayrık vorteks modelini (DVM) CFD / CSD yöntemi. CFD / CSD / DVM yöntemi, yalnızca BVI'ların hesaplanmasının doğruluğunu iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda CFD sayısal yöntemler, dahası, hesaplama kaynaklarını büyük ölçüde azaltabilir.[16][17][18] BVI tahmininde daha da gelişmeye değer olan önemli bir yöndür.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Donald, Rockwell (Ocak 1998). "Vorteks-Vücut Etkileşimi". Akışkanlar Mekaniğinin Yıllık Değerlendirmesi. 30: 199–299. Bibcode:1998AnRFM..30..199R. doi:10.1146 / annurev.fluid.30.1.199.
  2. ^ A.T, Conlisk (30 Ağustos 2001). "Modern helikopter rotor aerodinamiği". Havacılık ve Uzay Bilimlerinde İlerleme. 37 (5): 419–476. Bibcode:2001PrAeS..37..419C. doi:10.1016 / S0376-0421 (01) 00011-2.
  3. ^ Ruth.M, Martin; Wolf.R, Splettstoesser (1987). "DNW'deki yüzde 40 model rotorun kanat-girdap etkileşimi akustik testinin akustik sonuçları". AHS Uzmanları Aerodinamik ve Akustik Toplantısı.
  4. ^ Wolf.R, Splettstoesser; K, J, Schultz; Ruth.M, Martin (1987). "Rotor kanadı-girdap etkileşimi dürtüsel gürültü kaynağı tanımlama ve rotor uyanıklık tahminleri ile korelasyon". 11. Aeroakustik Konferansı, Aeroakustik Konferansları. doi:10.2514/6.1987-2744.
  5. ^ D. Stuart, Papa; Stewart A. L., Glegg; William J, Devenport; Kenneth S, Wittmer (1 Ekim 1999). "Blade Wake Etkileşimleriyle Üretilen Geniş Bant Helikopter Gürültüsü". Amerikan Helikopter Topluluğu Dergisi. 44 (4): 293–301. doi:10.4050 / JAHS.44.293.
  6. ^ Yung H, Yu (Şubat 2000). "Rotor kanadı-girdap etkileşim gürültüsü". Havacılık ve Uzay Bilimlerinde İlerleme. 36 (2): 97–115. Bibcode:2000PrAeS..36 ... 97Y. doi:10.1016 / S0376-0421 (99) 00012-3.
  7. ^ Y.H, Yu; B, Gmelin; H, Heller; J.J, Philippe; E, Mercker; J.S, Preisser (1994). "DNW'de HHC aeroakustik rotor testi - ortak Alman / Fransız / ABD HART projesi". 20. Avrupa Rotorcraft Forumu Bildirileri.
  8. ^ Yung H, Yu; Chee, Tung; Berend van der, Duvar; Heinz Jurgen, Pausder; Casey, Burley; Thomas, Brooks; Philippe, Beaumier; Yves, Delrieux; Edzard, Mercker; Kurt, Pengel (11–13 Haziran 2002). "HART-II Testi: Yüksek Harmonik Aralık Kontrolü (HHC) Girdileri ile Rotor Uyanmaları ve Aeroakustik - Birleşik Almanca / Fransızca / Hollandaca / ABD Projesi -". American Helicopter Society 58. Yıllık Forumu.
  9. ^ Q.J, Zhao; G.H, Xu (2006). "Rotor Akış Simülasyonları için Navier-stokes / Serbest Uyanma / Tam Potansiyel Çözücüye Dayalı Bir Hibrit Yöntem". Acta Aerodynamica Sinica (Çin'de). 24 (1): 15–21.
  10. ^ A, Bagai; J.G, Leishaman (1995). "Sahte bir gevşeme algoritması kullanarak rotor serbest uyanma modellemesi". Journal of Aircraft. 32 (6): 1276–1285. doi:10.2514/3.46875.
  11. ^ R.C, Strawn; F.X, Caradonna (1987). Rotor Akışları için "Muhafazakar Tam Potansiyel Modeli". AIAA Dergisi. 25 (2): 193–198. Bibcode:1987AIAAJ..25..193S. doi:10.2514/3.9608.
  12. ^ B, Jayaraman; A.M, Wissink; J.W, Lim (Ocak 2012). "Blade Vorteks Etkileşiminin Helios Tahmini ve HART II Rotorunun Uyanması". 50. AIAA Havacılık ve Uzay Toplantısı. doi:10.2514/6.2012-714. ISBN  978-1-60086-936-5.
  13. ^ A.M, Wissink; B, Jayaraman; A, Datta (Ocak 2012). "Helios High-Fidelity Rotorcraft Simülasyon kodu Sürüm 3'teki Yetenek Geliştirmeleri". 50. AIAA Havacılık ve Uzay Toplantısı. doi:10.2514/6.2012-713. ISBN  978-1-60086-936-5.
  14. ^ M, Dietz; E, Kramer; S, Wang (Haziran 2006). "Girdap Uyarlanmış Chimera Izgaraları Kullanarak Yavaş Alçalma Uçuşunda Ana Rotorda Uç Girdap Koruması". 24. AIAA Uygulamalı Aerodinamik Konferansı. doi:10.2514/6.2006-3478. ISBN  978-1-62410-028-4.
  15. ^ H.K, Lee; J.S, Kwak; S.J, Shin (Mayıs 2009). "Zayıf Eşleştirilmiş CFD-CSD Analizi Kullanılarak HART II Rotorunun Aerodinamik / Yapı / Akustik Tahmini". 65 Amerikan Helikopter Topluluğu Yıllık Forumu.
  16. ^ R.E, Brown; A.J, Satır (2005). "Vorticity Transport Denklemini Kullanarak Verimli Yüksek Çözünürlüklü Uyanık Modelleme". AIAA Dergisi. 43 (7): 1434–1443. Bibcode:2005AIAAJ..43.1434B. doi:10.2514/1.13679.
  17. ^ C.J, He; J.G, Zhao (2009). "Viskoz Vorteks Parçacık Yöntemi ile Rotor Uyanma Dinamiklerinin Modellenmesi". AIAA Dergisi. 47 (4): 902–915. Bibcode:2009AIAAJ..47..902H. doi:10.2514/1.36466.
  18. ^ Yongjie, Shi; Yi, Xu; Guohua, Xu; Peng, Wei (Şubat 2017). "Rotor Hava Yükü Tahmini için bir kaplin VWM / CFD / CSD Yöntemi". Çin Havacılık Dergisi. 30 (1): 204–215. doi:10.1016 / j.cja.2016.12.014.

Dış bağlantılar