STAR-CCM+计算流体动力学,倾转旋翼发动机舱问题全解决

CD-adapco公司揭示了STAR-CCM+计算流体动力学方案是如何帮助阿古斯塔•韦斯特兰公司克服其AW609直升机倾转旋翼发动机舱新的排风散热的配置问题。
CD-adapco公司揭示了STAR-CCM+计算流体动力学方案是如何帮助阿古斯塔•韦斯特兰公司克服其AW609直升机倾转旋翼发动机舱新的排风散热的配置问题。

CD-adapco公司揭示了STAR-CCM+计算流体动力学方案是如何帮助阿古斯塔•韦斯特兰公司克服其AW609直升机倾转旋翼发动机舱新的排风散热的配置问题。

发动机舱是AW609直升机倾转旋翼机舱的重要组成部分之一,因为其正确的工作决定了发动机的良好性能,并确保每个飞行演习的安全。机舱和排气的正确设计是两个基本元素,它可以保证实现这些操作的目的,特别是在发动机舱的冷却方面。

在设计一个高效二次排气问题上,过去已经进行了多次尝试。但是热问题,如板烧焦和撞击到地面上时太热,迫使韦斯特兰公司需要评估新的状况。计算流体动力学(CFD)分析已请求建立一个精确的模型,使得它有可能通过飞机上的遥测收集到接口处的试验数据,并且监测由新配置引入的好处。由于STAR-CCM+满足阿古斯塔•韦斯特兰公司的所有需求,因此该公司工程决定投资STAR-CCM+。

3D模型已经实现,该模型的实现要归功于设计软件CATIA,该软件考虑了整个机舱,进气系统和发动机舱。发动机机舱已经代表除了三叶片转子的整体架构,其向下运动的影响已被证实不会影响进入发动机舱内的新鲜空气量。进气系统携带空气压缩机入口,它包含一个鼓风机,其有向外释放任何不受欢迎异物的任务,例如砂,沥青粉尘,玻璃碎片和雨水。

为了确保对发动机舱散热有一个更简单的处理方式,每个发动机附件都被省略。这种选择节约了时间,但却不会影响模拟精度。包括主排气的夹杂物,它决定了新鲜空气抽吸作用强度,并在温度,压力和速度的主要进出口地方控制热气体与新鲜空气的混合。

满足目的

这个分析的主要目的是评估泵的辅助排气结构的冷却效率。该发动机的壁温可以达到750K,有必要测量新鲜空气引入发动机舱的质量流量,以保证遵守发动机供应商施加热操作的约束条件。利用热废气的高动能吸收新鲜空气是保证飞机在所有飞行条件下具有安全性能的新方法。此外,温度,速度和排气流动的方向是排气模型的直接后果,因为它们可以揭示在机舱罩加热和沥青恶化特别是在地面上演习产生的严重影响。

同时该系统可以限制排气背压损失,从而在电力生产和燃料消耗方面能持续影响发动机性能。因此,正确的管道形状可以减少静脉脱离和速率动荡。调整发动机性能也受到进气系统的影响。事实上,空气质量流量,在小压降压缩机入口以最均匀的方式被吸入,不破坏发动机的效率。计算流体动力学研究可以评估任何类型的配置的优点和不足并预测进气流动的流线与相对性能的影响。

该分析涉及四个主要的飞行操作,由飞机实现相对的高度和速度,并在机舱呈现出不同的倾斜角度。在整个飞行过程中模拟这四个阶段,在直升机模式下的悬停操作开始,在飞行模式的巡航飞行到达位置,这个阶段观察发动机和机舱双方的行为。然后,实验对比确定质量和模型的准确度。四个飞行条件和对应的倾斜机舱的角度被描述如下:悬停飞行条件相对于地面(直升机模式)具有90°倾斜机舱的角度;上升机舱飞行状态有75°倾斜角度; 平飞状态机舱有50°倾斜角度; 最大巡航功率爬升飞行状态的发动机舱(飞行模式)有0°倾斜角度。

90°倾斜机舱的角度和有0°倾斜角度的最大巡航功率爬升飞行状态的发动机舱(飞行模式)代表了飞机配置的两种极端。悬停是在发动机达到最大功率和温度时操纵起飞。最大巡航爬升飞行,代表了在高海拔地区飞行状态,其中飞机实现了在飞行模式下的最大速度。

因此,这两个主要的操作条件在首次测试新的排气配置飞行试验中非常重要,他们必须仔细控制和监控检查来确保发动机的正确工作。其他两个飞行情况是两个主要的中间步骤,其定义了从一种配置到另一种配置的转换。在这两个机舱旋转过程中,飞机升降机将维持更高的高度和速度。根据压缩机的进气口空气流量和新鲜空气的发动机舱冷却对这些事件的发生几率进行基本分析。

模拟创新

机舱被定位在外部立方域(50×50×50立方米)的中心,这种方式已经能够模拟四个机舱倾斜角度。速度入口(大小和方向)和压力出口的加强,适用于外部域的边界条件,用最后得到的结果作为斯托克斯方程的分辨率。输入的SST K-ω模型进行想模拟一直处于稳定状态,该模型显示内部验证研究的一致性。

为了满足严格的期限,由大约150万个多面体单元组成体网格,已生成并使用950万个表面和76万个顶点。分离式求解器已经采用了纳维-斯托克斯方程组,因为它可以显示出可压缩流体切割收敛所需时间并以较快的速度进行计算。

分析已经显示出了每一个飞行的准确结果和以及其与实验数据具有很好的对应关系。冷却效率与进入发动机舱新鲜空气的质量流量相关,温度的最大相对误差约为6%。模拟热运行约束得到了推崇,每一个发动机部件的冷却幅度必须遵守供应商的规定。安装六个压力探针的主出口已揭示了模型的基本验证装置,因为模拟的记录结果显示最大差距是2.9%,对应于相对实验测量的排气背压也有损失。

机舱板灼人的问题已经解决了,因为排气流量显示可以远离结构。其结果是地面上的冲击减少,因为热气体与新鲜空气的混合已确定排气温度的沥青熔点,且飞机起飞的下方地面上工作人员不存在任何风险。

阿古斯塔•韦斯特兰公司在STAR-CCM+的帮助下模拟可靠的模型,它可以用来模拟任何飞行条件。网格生成随着新技术的变化会得到更快处理速度和更低的成本。后期处理可以更有效地找到性能改进的地方,并提出对于未来前进道路上最佳的解决方案。

作者:航空制造网

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