直升機(jī)-艦動(dòng)態(tài)配合的艦面流場(chǎng)環(huán)境研究綜述

馬鴻儒,孫文勝,穆志韜,李旭東

(海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū),山東青島266041)

直升機(jī)-艦動(dòng)態(tài)配合的艦面流場(chǎng)環(huán)境研究綜述

馬鴻儒,孫文勝,穆志韜,李旭東

(海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū),山東青島266041)

研究了制約直升機(jī)-艦動(dòng)態(tài)配合性能的首要原因——直升機(jī)的載艦在海上風(fēng)場(chǎng)、艦面特殊結(jié)構(gòu)、艦艇運(yùn)動(dòng)等因素作用下形成的非定常艦面紊流場(chǎng)。在總結(jié)早期直升機(jī)-艦動(dòng)態(tài)配合試驗(yàn)研究特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,分析了艦面流場(chǎng)海上實(shí)測(cè)試驗(yàn)的方法及其發(fā)展;針對(duì)艦面流場(chǎng)模擬普遍采用的CFD技術(shù),分析了艦面流場(chǎng)CFD仿真的發(fā)展過(guò)程及現(xiàn)狀。評(píng)價(jià)了新型CFD方法——DES在處理大分離渦外流方面的優(yōu)勢(shì),指出了DES在艦面流場(chǎng)仿真領(lǐng)域的光明前景。

直升機(jī);動(dòng)態(tài)配合;艦面流場(chǎng);DES

艦載直升機(jī)與載艦的動(dòng)態(tài)配合性能是直升機(jī)-艦適配性的重要組成部分,意指直升機(jī)在近船或艦面操縱時(shí)直升機(jī)與艦的運(yùn)動(dòng)和其復(fù)雜流場(chǎng)相適應(yīng)完成任務(wù)的能力。機(jī)-艦動(dòng)態(tài)配合是一個(gè)復(fù)雜的空氣動(dòng)力學(xué)過(guò)程,包含大氣紊流和突風(fēng)的海面風(fēng)場(chǎng)、流經(jīng)上層建筑等結(jié)構(gòu)產(chǎn)生畸變的艦面流場(chǎng)、直升機(jī)旋翼尾流場(chǎng)以及它們之間的耦合作用構(gòu)成了直升機(jī)起飛、降落所處的非定常的流場(chǎng)環(huán)境。在直升機(jī)-艦動(dòng)態(tài)配合諸多的影響因素中,艦面紊流場(chǎng)對(duì)于直升機(jī)發(fā)揮其良好的操縱性和穩(wěn)定性,完成艦上起降任務(wù)的能力具有重要作用,因此艦面流場(chǎng)環(huán)境測(cè)試在動(dòng)態(tài)配合測(cè)試程序中居于首要地位。文中結(jié)合直升機(jī)-艦動(dòng)態(tài)配合研究的發(fā)展,對(duì)艦面流場(chǎng)測(cè)試及仿真研究的現(xiàn)狀進(jìn)行綜述,并對(duì)其未來(lái)發(fā)展方向作出展望。

1 直升機(jī)-艦動(dòng)態(tài)配合試驗(yàn)

1.1 國(guó)外研究

在機(jī)-艦配合試驗(yàn)研究的早期階段,國(guó)外對(duì)特定的直升機(jī)/艦組合進(jìn)行了針對(duì)性極強(qiáng)的試驗(yàn),最主要的目的就是確定安全起降包絡(luò)線(xiàn)。直升機(jī)在艦上的安全起降包絡(luò)線(xiàn)是直升機(jī)與載艦配合執(zhí)行起降任務(wù)能力的體現(xiàn),一般包括以下幾個(gè)方面[1]:特定的直升機(jī)和艦組合;起飛和進(jìn)場(chǎng)的過(guò)程或航向;不同風(fēng)向允許的最大相對(duì)風(fēng)速;艦的最大橫搖角、縱搖角。如圖1所示。

圖1 典型的直升機(jī)甲板操縱包絡(luò)線(xiàn)[3]Fig.1 Typical envelope of helicopter operating on the deck

經(jīng)過(guò)這一階段的研究,一方面形成了艦載直升機(jī)艦上操縱的規(guī)范和對(duì)載艦的合格性要求;另一方面,經(jīng)過(guò)這一階段的發(fā)展,動(dòng)態(tài)配合試驗(yàn)法已經(jīng)成為了一門(mén)專(zhuān)門(mén)的學(xué)科,一些實(shí)驗(yàn)室比如美國(guó)海軍航空兵實(shí)驗(yàn)中心NATC和荷蘭海軍研究實(shí)驗(yàn)室NRL已經(jīng)將其標(biāo)準(zhǔn)化[2]。總結(jié)這一階段的試驗(yàn),可以得出一些研究的共性。

在這些試驗(yàn)中,飛行器上通常都裝有電子儀表來(lái)記錄動(dòng)態(tài)配合時(shí)飛行器的運(yùn)動(dòng)和姿態(tài)參數(shù)。雖然試驗(yàn)方案具有多重目標(biāo),其當(dāng)時(shí)試驗(yàn)的重點(diǎn)都放在起飛/降落包線(xiàn)的研究和對(duì)已有包線(xiàn)的擴(kuò)展上。試驗(yàn)過(guò)程中要求直升機(jī)在某一特定的外界環(huán)境條件以及一定的直升機(jī)狀態(tài)下起飛和降落,之后,由飛行員利用飛行員等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行評(píng)級(jí)。評(píng)定等級(jí)的依據(jù)是艦載環(huán)境下直升機(jī)的控制裕度、飛行品質(zhì)和性能,以及由此引起的飛行員工作負(fù)荷的變化。最后,以上述依據(jù)繪制各種環(huán)境下的晝夜間操縱包線(xiàn)。

雖然上述海上試驗(yàn)在一定程度上確保了直升機(jī)艦上操縱安全的問(wèn)題,但是,要對(duì)此過(guò)程中影響因素進(jìn)行量化分析,還要進(jìn)行精確測(cè)定才行。總結(jié)以往飛行試驗(yàn)的結(jié)果,人們逐漸發(fā)現(xiàn),受海上紊流、艦面設(shè)備及上層建筑引起的渦流、艦面溫度場(chǎng)分布不均等干擾形成的復(fù)雜艦尾流對(duì)直升機(jī)操縱影響巨大,于是進(jìn)行了一系列艦尾流評(píng)估和測(cè)試。

美國(guó)海軍研究生學(xué)校(NPS)對(duì)驅(qū)逐艦的艦面流場(chǎng)進(jìn)行了一系列的模型試驗(yàn)研究。其中,Gustav A. Anderson[4]在DD963模型艦上進(jìn)行了直升機(jī)特定飛行航線(xiàn)上尾流場(chǎng)的繪圖,并與之前該校進(jìn)行的低速風(fēng)洞可視化流場(chǎng)研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,指出了該航線(xiàn)上非定常的艦尾流效應(yīng)。M.M.Rhoades[5]在另一型艦——AOR級(jí)上進(jìn)行了類(lèi)似試驗(yàn),給出了測(cè)得的飛行甲板上方流場(chǎng)示意圖,之后他又利用改進(jìn)的速度測(cè)量工具進(jìn)行試驗(yàn),在甲板上方發(fā)現(xiàn)了非常規(guī)的速度分量和強(qiáng)烈紊流的存在[6]。這些試驗(yàn)結(jié)果一方面證明了前期各國(guó)海上試驗(yàn)總結(jié)得出的規(guī)律——艦面上方存在紊亂的艦尾流場(chǎng)會(huì)給直升機(jī)操縱帶來(lái)顯著影響,同時(shí)也為之后的艦尾流仿真提供了可參照的依據(jù)。

澳大利亞國(guó)防部也在20世紀(jì)90年代初對(duì)直升機(jī)載艦艦面流場(chǎng)特性進(jìn)行了研究。首先進(jìn)行的是FFG7驅(qū)逐艦甲板流場(chǎng)海上測(cè)量試驗(yàn)[7],記錄了艦船運(yùn)動(dòng)、參照風(fēng)速、以及甲板風(fēng)速等信息。A.M.Arney[8]對(duì)該試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的采集和處理的細(xì)節(jié)進(jìn)行了描述,針對(duì)數(shù)據(jù)采集時(shí)存在的艦上高頻發(fā)射裝置干擾問(wèn)題,提出了還原數(shù)據(jù)剔除干擾的方法。Lin-coln P.Erm[9]則對(duì)SH-60B/FFG-7機(jī)艦仿真程序所用的艦尾流模型進(jìn)行了詳細(xì)研究。該模型基于另一型艦的風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù),但針對(duì)FFG-7艦外形特點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了修正,結(jié)果顯示風(fēng)洞中速度測(cè)量值與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)有很多不同,證明風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)在一定程度上的不可靠性。

1.2 國(guó)內(nèi)研究

我國(guó)自20世紀(jì)80年代以來(lái),隨著海軍艦載直升機(jī)的逐步發(fā)展,開(kāi)始直升機(jī)-艦配合方面的研究工作。陳碧云結(jié)合國(guó)外艦載直升機(jī)發(fā)展的特點(diǎn),討論了直升機(jī)裝艦若干問(wèn)題[10],詳細(xì)指出了影響直升機(jī)/艦船動(dòng)態(tài)配合的有關(guān)因素,重點(diǎn)介紹了艦載直升機(jī)起降限制和飛行包線(xiàn)的確定方法。林河泉、傅百先等關(guān)于動(dòng)態(tài)配合的討論也多是在參考國(guó)外動(dòng)態(tài)配合試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)飛行包線(xiàn)的確定進(jìn)行論述,據(jù)目前掌握資料尚無(wú)公開(kāi)進(jìn)行的機(jī)艦動(dòng)態(tài)配合試驗(yàn)。模型研究方面,劉航[11]在南航NH-2閉口回流式低速風(fēng)洞中進(jìn)行了艦?zāi)Ｎ擦鲌?chǎng)風(fēng)洞試驗(yàn)、流譜試驗(yàn)和地面模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)中觀察到了美國(guó)海軍研究院試驗(yàn)中出現(xiàn)的流譜圖像和流動(dòng)特性,結(jié)果表明,飛行甲板上方的流動(dòng)極為復(fù)雜,表現(xiàn)出十分強(qiáng)烈的三維性和隨機(jī)性,特別是經(jīng)過(guò)機(jī)庫(kù)后發(fā)生了大規(guī)模分離,形成了一定的渦流區(qū)。由于該試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)尚屬首次,船模中未考慮復(fù)雜的上層建筑,也未模擬艦船各方向運(yùn)動(dòng),因此流場(chǎng)模擬結(jié)果的精度還較低。

2 艦尾流仿真計(jì)算

隨著計(jì)算流體力學(xué)(CFD)技術(shù)的發(fā)展,動(dòng)態(tài)配合的計(jì)算機(jī)仿真為目前的直升機(jī)/艦系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、測(cè)試和性能預(yù)測(cè)包括預(yù)測(cè)飛行包線(xiàn),提供了新的解決思路。

在已經(jīng)進(jìn)行的直升機(jī)/艦動(dòng)態(tài)配合仿真系統(tǒng)中,最有代表性的當(dāng)屬美國(guó)的 JSHIP(Joint Shipboard Helicopter Integration Process)項(xiàng)目。該項(xiàng)目于1998年7月開(kāi)始實(shí)施,由美國(guó)軍方資助,對(duì)一系列機(jī)-艦系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估,用以解決在聯(lián)合軍事行動(dòng)中陸軍、空軍直升機(jī)在艦上使用與載艦的配合能力,項(xiàng)目為期4～5年。要達(dá)到JSHIP中提出的增強(qiáng)聯(lián)合行動(dòng)中諸軍種直升機(jī)在艦艇上操縱能力的目標(biāo),項(xiàng)目主要是借助 DIMSS(Dynamic Interface Modeling and Simulation System)實(shí)現(xiàn)的。有了海上試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)和初步結(jié)論,美國(guó)軍方一開(kāi)始就對(duì)DIMSS提出了明確要求,文獻(xiàn)[12]對(duì)DIMSS的目標(biāo)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說(shuō)明,著重研究了整個(gè)模型與動(dòng)態(tài)配合試驗(yàn)相比所要達(dá)到的逼真度,給出了DI配合仿真逼真度的算法,如果某仿真系統(tǒng)達(dá)不到DIMSS逼真度的要求,文獻(xiàn)[13]介紹了一種基于逼真度反饋的方法改進(jìn)原仿真系統(tǒng)。

2.1 艦面流場(chǎng)仿真的發(fā)展

鑒于流場(chǎng)控制方程的直接求解在大多數(shù)情況下仍然難以實(shí)現(xiàn),通常需針對(duì)不同流體類(lèi)型、特征尺度、流場(chǎng)幾何特性等采用合適的求解方程及格式。

一般地,描述艦面流場(chǎng)的流體力學(xué)方程可以表示為三維定常/非定常粘性不可壓N-S方程[14]。有關(guān)艦面流場(chǎng)的定常N-S方程的計(jì)算,國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量的研究。Tsze C.Tai[15—16]對(duì)層流和紊流情況都進(jìn)行了考慮,描述了利用多區(qū)域、薄層N-S方程對(duì)DD-963艦尾流進(jìn)行仿真。所得的流場(chǎng)包括含有大面積自由渦的氣流分離區(qū),風(fēng)洞試驗(yàn)中表現(xiàn)的包括渦粘干擾的流場(chǎng)特征也有很好的體現(xiàn)。在某個(gè)特定的飛行路徑上計(jì)算結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好,艦船尺寸越接近全尺寸,在風(fēng)速給定的情況下其對(duì)應(yīng)的雷諾數(shù)越大,而使艦船尾流的影響性相對(duì)減小,同時(shí)流場(chǎng)隨風(fēng)速的變化而產(chǎn)生的變化差異性減小。利物浦大學(xué)前期的研究[17—18]表明,使用定常CFD尾流模型與FLGHTLAB直升機(jī)模型相結(jié)合在模擬器上進(jìn)行甲板著艦?zāi)M,比海上實(shí)測(cè)執(zhí)行任務(wù)時(shí)飛行員的工作負(fù)荷有所增加。Sharma等[19]利用改進(jìn)的并行流體求解器PUMA計(jì)算了LPD-17艦周?chē)鸁o(wú)粘、穩(wěn)態(tài)、時(shí)準(zhǔn)的流場(chǎng)計(jì)算解。他們的穩(wěn)態(tài)解和風(fēng)洞試驗(yàn)的頻譜之間取得了很好的一致性。Polsky與Bruner[20—21]利用并行非結(jié)構(gòu)流動(dòng)求解器COBALT以不同的湍流模型Laminar N-S,MILES,k-ε和SST研究了LHA艦船尾流。結(jié)果表明,穩(wěn)態(tài)CFD解不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)紊流場(chǎng)的時(shí)均值,并發(fā)現(xiàn)湍流模型在計(jì)算中計(jì)入了太多耗散,因?yàn)橥糠蛛x格式有很大的耗散性。此外,Tattersall[22],Liu J[23],Guillot[24]以及Reddy[25]等人也分別用不同的湍流模型對(duì)N-S方程進(jìn)行了求解。

2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)研究人員也進(jìn)行了相關(guān)研究。非航空艦船方面:孫文勝利用有限元法求解二維定常粘性不可壓N-S方程,對(duì)甲板上方艦船縱向?qū)ΨQ(chēng)面內(nèi)氣流場(chǎng)進(jìn)行了仿真[26],表明了采用有限元法求解艦面流場(chǎng)的可行性。吳裕平[27]求解三維N-S方程對(duì)艦面流場(chǎng)了仿真,指出甲板后方機(jī)庫(kù)產(chǎn)生下洗氣流,將對(duì)直升機(jī)起降產(chǎn)生不利影響。為了滿(mǎn)足在實(shí)時(shí)仿真中直升機(jī)飛行仿真計(jì)算對(duì)于流場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性需要,孫文勝[28]在求解N-S方程的基礎(chǔ)上,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的誤差反向傳播算法,可仿真計(jì)算甲板流場(chǎng)任一點(diǎn)的流場(chǎng)數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)流場(chǎng)的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果及采用高精度網(wǎng)格的N-S方程模擬結(jié)果相比有良好的一致性,同時(shí)計(jì)算時(shí)間大為縮短。機(jī)艦動(dòng)態(tài)配合實(shí)時(shí)仿真及直升機(jī)該課目訓(xùn)練模擬器的開(kāi)發(fā)對(duì)于流場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性都有較高要求,在提高仿真計(jì)算硬件之外,該方法提供了一條切實(shí)可行的思路。

航空艦船方面對(duì)LHA艦的研究較多,中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心進(jìn)行了LHA型艦縮比模型的艦面空氣流場(chǎng)多工況條件的CFD數(shù)值模擬計(jì)算[29],該數(shù)值模擬試驗(yàn)在定常條件下進(jìn)行。同時(shí)進(jìn)行了2種飛行甲板形式的艦船空氣流場(chǎng)特性比較研究[30],認(rèn)為具備采用全通平甲板的各類(lèi)技術(shù)條件時(shí),不推薦使用滑躍式飛行甲板的設(shè)計(jì)形式。曲飛等[31]通過(guò)CFD計(jì)算得到了LHA飛行甲板不同著艦點(diǎn)區(qū)域的定常氣流場(chǎng)數(shù)據(jù),并將CFX定常流數(shù)值模擬所得的速度時(shí)均值與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果及實(shí)船測(cè)量數(shù)據(jù)均進(jìn)行了對(duì)比。

上述研究反映了利用CFD求解艦面流場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)——從二維流到三維流,從有限元法到有限體積法等多種方法,求解網(wǎng)格尺寸的精細(xì),在求解中關(guān)注了越來(lái)越多的外部因素等。要達(dá)到為機(jī)艦動(dòng)態(tài)配合提供速度場(chǎng)的目的,還更高的求解速度。

3 DES方法在艦面流場(chǎng)仿真中的應(yīng)用

考慮湍流模型的精度,Hodge S.J.等在文獻(xiàn)[18]的基礎(chǔ)上引入了非定常模型[32],增加了整個(gè)仿真的逼真度,將計(jì)算結(jié)果應(yīng)用于直升機(jī)艦載起降飛行仿真時(shí)飛行員工作載荷有所增加。該研究首先采用的是簡(jiǎn)單驅(qū)逐艦?zāi)Ｐ?如圖2a所示),來(lái)生成CFD尾流數(shù)據(jù)。近期的研究使用了更切合實(shí)際的艦船模型——皇家海軍23型護(hù)衛(wèi)艦[33](如圖2b所示),使得模型精度進(jìn)一步增加。

圖2 計(jì)算采用的艦幾何外形[33]Fig.2 Geometries used for computations[33]

包括上述研究在內(nèi),很多利用CFD計(jì)算艦船尾流的文章都采用了無(wú)粘流方法或雷諾平均的N-S方法(RANS)和一些其他形式的湍流模型[34],然而,多數(shù)情況下RANS方法和標(biāo)準(zhǔn)湍流模型在應(yīng)用于陡壁體產(chǎn)生大分離尾流時(shí)給出的結(jié)果較差[35]。在高分離區(qū)域湍流渦各向異性,并且經(jīng)常表現(xiàn)出非定常特性,因此湍流模型作用下的結(jié)果與他們?cè)谠囼?yàn)條件下得到的參數(shù)相去甚遠(yuǎn)。由于RANS在處理大范圍分離流時(shí)的局限性,人們嘗試用大渦模擬(LES)方法解決問(wèn)題。大渦模擬的本質(zhì)是用非穩(wěn)態(tài)的N-S方程直接模擬大尺度渦運(yùn)動(dòng),而通過(guò)模型來(lái)模擬小尺度渦運(yùn)動(dòng),即大渦直接求解,小渦用模型求解。Camelli等[36]利用Smagorinsky湍流模型對(duì)LPD-17艦尾流進(jìn)行了LES模擬且加入了溫度場(chǎng)。這種情況下的近壁區(qū)網(wǎng)格處理是一個(gè)難題,另外LES多年來(lái)已經(jīng)被證明對(duì)于高雷諾數(shù)的外流是不適用的[37]。

由此,綜合RANS法和LES方法優(yōu)點(diǎn)的分離渦仿真(DES)建模技術(shù)[37]應(yīng)運(yùn)而生。DES將分離渦區(qū)域湍流結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行單獨(dú)的精確劃分,而不是對(duì)整個(gè)流場(chǎng)整體建模,從而克服了傳統(tǒng)湍流模型的限制,保證了尾流的不穩(wěn)定特性并因此得到了更切合實(shí)際的湍流譜。一些驗(yàn)證性研究表明DES生成的艦船尾流頻譜比非定常RANS方法更接近實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。DES也被應(yīng)用于多種高雷諾數(shù)外部氣動(dòng)流場(chǎng)中,經(jīng)證明在氣動(dòng)預(yù)測(cè)中,結(jié)果等于或在某些情況下好于RANS模型[38]。例如,James S Forrest[39]采用DES方法,對(duì)于兩種艦?zāi)Ｐ汀?jiǎn)單護(hù)衛(wèi)艦和23型護(hù)衛(wèi)艦,以一系列甲板風(fēng)向角產(chǎn)生了不同的流場(chǎng), CFD數(shù)據(jù)與風(fēng)洞數(shù)據(jù)和全尺寸海上試驗(yàn)數(shù)據(jù)有較好的一致性,提高了CFD模擬流場(chǎng)的精度,從而改善了直升機(jī)-艦動(dòng)態(tài)配合仿真精度。

采用DES等更精確CFD方法的重要前提是需要?jiǎng)澐指?xì)的計(jì)算網(wǎng)格。隨著網(wǎng)格更加精細(xì),計(jì)算單元數(shù)量和計(jì)算尾流所需的時(shí)間將會(huì)增加。當(dāng)模型復(fù)雜時(shí),問(wèn)題更加嚴(yán)重,因?yàn)閺?fù)雜的外形需要更多的網(wǎng)格來(lái)精確描述。對(duì)CAD模型劃分網(wǎng)格時(shí),采用23型驅(qū)逐艦比SFS2所需的計(jì)算時(shí)間要高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。

國(guó)內(nèi)有關(guān)該方法的研究相對(duì)國(guó)外較晚,楊春蕾等[40]對(duì)RANS和DES方法的船體繞流模擬及其不確定度進(jìn)行了分析?？諝鈩?dòng)力學(xué)領(lǐng)域,目前國(guó)內(nèi)對(duì)DES的工程應(yīng)用案例較少,少數(shù)的研究如應(yīng)用于汽車(chē)外流場(chǎng)模擬研究[41]和基本起落架的非定常分離流[42],已經(jīng)顯示出了在處理大范圍分離流方面良好的計(jì)算性能。隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提高,該優(yōu)勢(shì)還將使其在空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)具有廣闊的應(yīng)用前景。

4 結(jié)論

無(wú)論是直升機(jī)-艦動(dòng)態(tài)配合海上試驗(yàn)還是動(dòng)態(tài)配合特性仿真研究抑或是訓(xùn)練模擬器的開(kāi)發(fā),艦面流場(chǎng)的測(cè)量和計(jì)算都是直升機(jī)-艦動(dòng)態(tài)配合的前提條件,為直升機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)仿真提供了輸入。艦面流場(chǎng)數(shù)據(jù)的獲取方式也隨動(dòng)態(tài)配合研究的需要不斷變化,分析其發(fā)展歷程和趨勢(shì),可得以下結(jié)論。

1)艦面流場(chǎng)的海上實(shí)測(cè)由于其耗資大、周期長(zhǎng),應(yīng)用正逐漸減少,但其可為仿真計(jì)算數(shù)據(jù)的對(duì)比提供重要參考依據(jù),具有不可替代的作用,因此隨數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)的進(jìn)步,該方法還將進(jìn)一步得到應(yīng)用。

2)艦面流場(chǎng)的CFD仿真隨更高精度湍流模型和求解方法的出現(xiàn)得到了更廣泛的應(yīng)用,DES方法由于其自身的優(yōu)勢(shì)提高了大范圍分離渦仿真的精度,將在艦面外流場(chǎng)計(jì)算方面發(fā)揮更多的作用。

3)機(jī)艦動(dòng)態(tài)配合實(shí)時(shí)仿真對(duì)艦面流場(chǎng)計(jì)算耗時(shí)提出了很高的要求,使得流場(chǎng)求解在滿(mǎn)足精度要求的前提下更加關(guān)注計(jì)算效率,同時(shí)差值方法的應(yīng)用也是一種可行的思路。

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Review on Shipboard Flow Study for Dynamic Interface of Helicopter and Ship

MA Hong-ru,SUN Wen-sheng,MU Zhi-tao,LI Xu-dong
(Naval Aeronautical Engineering Academy Qingdao Campus,Qingdao 266041,China)

To study the main factor restraining the dynamic interface performance of helicopter and ship-an unsteady flow field formed on the helicopter carrier by sea breeze,special structure of the ship and ship movement.Based on the feature of dynamic interface test of helicopter and ship in early stage,the methods of shipboard flow measurement as well as its development were analyzed.As for the CFD technique-usually used in flow simulation,its development and status were discussed.The advantage of DES,a new method of CFD,in handling Large-separation external flow was introduced and its bright perspective in simulation of shipboard flow was pointed out.

helicopter;dynamic interface;shipboard flow;DES

MU Zhi-tao(1963—),Male,Ph.D.,Professor,Research focus:corrosion fatigue and fatigue life evaluation of materials.

10.7643/issn.1672-9242.2014.05.015

V212.4

:A

1672-9242(2014)05-0075-06

2014-06-05;

2014-07-17

Received:2014-06-05;Revised:2014-07-17

馬鴻儒(1988—),男,河北人,博士研究生,主要研究方向?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境與飛行器性能研究。

Biography:MA Hong-ru(1988—),Male,from Hebei,Doctorial student,Research focus:ocean environment&aircraft performance.

穆志韜(1963—),男,博士,教授,主要研究方向?yàn)椴牧细g疲勞及壽命評(píng)估。