(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211343838.1 (22)申请日 2022.10.31 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210007 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 李乐　童明波　肖天航　陈吉昌　 张恒珲　卢志伟　 (74)专利代理 机构 南京正联知识产权代理有限 公司 32243 专利代理师 胡定华 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01)G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种基于叶素动量源 耦合CFD的等效盘方法 (57)摘要 本发明属于航空航天领域， 具体的说， 是一 种基于叶素动量源耦合CFD的等效盘方法， 具体 包括以下步骤： 根据叶素理论， 将螺旋桨的桨叶 离散为若干叶素(翼面段)， 得到叶素剖面翼型及 其弦长和当前半径、 安装角与扭转角和桨叶转 速； 求解当前叶素的气动力系数、 有效攻角和合 速度； 计算得到当前叶素的升阻力， 并将升阻力 进行坐标转换得到拉力和扭力； 建立等效盘CFD 网格模型， 搜寻当前叶素等效盘的体网格， 得到 此体网格的速度、 坐标和面积等特征信息； 根据 叶素的方位角、 等效体网格信息和桨叶个数， 计 算得到当前叶素在笛卡尔坐标系下的动量源项， 并将此动量源项添加到叶素等效体网格对应的 动量方程中， 进行CFD数值 求解。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115544667 A 2022.12.30 CN 115544667 A 1.一种基于叶素动量源耦合CFD的等效盘方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一、 基于叶素理论， 将螺 旋桨的桨叶沿着径向离 散为若干叶素即翼面段； 步骤二、 根据翼面段的翼型外形， 构建翼面段二维翼型的流场仿真模型； 步骤三、 对翼面段进行受力分析， 然后根据翼面段的气动力系数、 有效攻角和合速度， 计算得到翼面段的升阻力； 步骤四、 根据螺 旋桨的旋转 面尺寸， 即旋转半径R， 绘制叶素等效盘CFD网格； 步骤五、 将等效盘中相同半径处 的体网格认定为一个整体， 即圆柱环， 计算此圆柱环的 体积， 得到等效的螺 旋桨/旋翼流场结果。 2.根据权利要求1所述的基于叶素动量源耦合CFD的等效盘方法， 其特征在于， 在所述 步骤一中， 设定翼面段的编号为i， 根据螺旋桨的几何参数， 得到每个翼面段的翼型、 弦长 ci、 沿着桨叶的径向半径ri、 沿着径向的离散厚度dri、 几何安装角与扭转角之和 再根据螺 旋桨的工作特性， 得到翼面段的自由来 流速度U∞、 旋转速度ω和桨叶个数N。 3.根据权利要求2所述的基于叶素动量源耦合CFD的等效盘方法， 其特征在于， 在所述 步骤二中， 采用CFD数值方法， 构建翼面段二维翼型的流场仿真模型， 得到当前翼面段的翼 型随着攻角变化的升力CL( αi)和阻力系数CD( αi)。 4.根据权利要求3所述的基于叶素动量源耦合CFD的等效盘方法， 其特征在于， 在所述 步骤二中， 获取翼面段在旋转平面内 的速度分量vyi和vzi， 求解翼面段在旋转平面内 的切向 速度Vi′： 得到翼面段的诱 导攻角 βi： 得到翼面段的有效合速度Vi： 得到翼面的有效攻角 αi为： 5.根据权利要求4所述的基于叶素动量源耦合CFD的等效盘方法， 其特征在于， 在所述 步骤三中， 根据翼面段的气动力系数、 有效攻角和合速度， 计算得到翼面段的升阻力： 升力为： 阻力为： 分析翼面段的受力和速度方向， 计算得到翼面段的拉力和扭力： 拉力为： dTi＝dLicos( βi)‑dDisin( βi) 扭力为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115544667 A 2dQi＝dLisin( βi)+dDicos( βi)。 6.根据权利要求5所述的基于叶素动量源耦合CFD的等效盘方法， 其特征在于， 所述步 骤四中， 根据螺旋桨的旋转面尺寸， 即旋转半径R， 建立叶素等效盘CFD计算模型， 在此等效 盘计算模型中， 每个体网格即等效为一个翼面段， 获取当前体网格的气流速度(vxi、 vyi、 vzi)、 坐标(xi、 yi、 zi)和沿轴向的厚度h等特征信息， 其中为vxi轴向速度， vyi和vzi为螺旋桨旋 转平面的速度。 7.根据权利要求6所述的基于叶素动量源耦合CFD的等效盘方法， 其特征在于， 在所述 步骤五中， 将等效盘中相同半径处的体网格认定为一个整体， 即圆柱环， 得到此圆柱环的体 积W为： W＝2 πridrih。 8.根据权利要求7所述的基于叶素动量源耦合CFD的等效盘方法， 其特征在于， 在所述 步骤五中， 根据体网格的坐标和等效盘旋转中心的坐标(y0、 z0)， 得到当前翼面段等效体网 格的方位角： 采用修正系数的方式加入到等效盘模型中， 此系数为桨尖损失修 正系数f： 得到翼面段对应 体网格在笛卡尔坐标系内的等效动量源项： 将此翼面段在三个方向的等效动量源项添加到对应的动量方程中， 进行CFD数值计算 得到等效的螺 旋桨/旋翼流场结果。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115544667 A 3