(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 202211318498.7 (22)申请日 2022.10.26 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210001 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 招启军　管桐　张夏阳　马砾　 王博　陈希　赵国庆　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 专利代理师 贾瑞华 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 一种计算流体动力学流场确定方法、 系统及 电子设备 (57)摘要 本发明提供了一种计算流体动力学流场确 定方法、 系统及电子设备， 涉及动量源方法技术 领域， 确定计算域桨盘网格和动量源域桨盘网格 的映射关系； 在计算域确定流体控制方程， 得到 桨叶半径处每个桨叶的在计算域坐标系下的第 一速度； 以及在动量源域坐标系下的第二速度； 将旋翼桨叶结构等效为Bernoulli ‑Euler梁， 得 到桨叶挥舞速度； 利用挥舞速度对第二速度中的 法向速度分量进行更新， 得到受挥舞变形运动影 响的动量源项； 进而确定流体动力学流场。 本发 明考虑到旋翼桨叶结构挥舞变形运动对计算流 体动力学流场的影 响， 进而提高确定计算流体动 力学流场的精度和合理性。 权利要求书3页 说明书10页 附图2页 CN 115481586 A 2022.12.16 CN 115481586 A 1.一种计算 流体动力学流场确定方法， 其特 征在于， 包括： 根据旋翼桨叶结构的参数， 基于计算流体动力学构建计算域桨盘网格和动 量源域桨盘 网格， 并确定计算 域桨盘网格和动量源域桨 盘网格的映射关系； 确定动量源域桨 盘网格中桨叶所在的网格为桨叶网格； 根据桨叶网格确定桨叶半径和每 个桨叶的方位角； 根据计算域桨盘网格的尺寸在计算域确定流体控制方程， 得到桨叶半径 处每个桨叶的 在计算域坐标系下的速度为第一速度； 根据所述映射关系和每个桨叶的方位角， 以及桨叶半径处每个桨叶的第一速度， 确定 桨叶半径处每 个桨叶的在动量源域 坐标系下的速度为第二速度； 根据多个 桨叶的第二速度， 确定桨叶半径处多个 桨叶的平均旋翼拉力； 根据平均旋翼拉力将旋翼桨叶结构等效为Bernoulli ‑Euler梁， 并确定等效后的挥舞 运动方程， 得到桨叶半径处的挥舞速度； 利用所述挥舞速度对所述第 二速度中的法向速度分量进行更新， 得到桨叶的在动量源 域坐标系下受挥舞变形运动影响的速度为第三速度； 根据所述映射关系和第 三速度， 确定桨叶半径 处桨叶网格受挥舞变形运动影响的平均 旋翼拉力为平均受挥舞旋翼拉力； 根据所述映射关系和第 三速度， 确定桨叶半径 处桨叶网格受挥舞变形运动影响的平均 旋翼阻力为平均受挥舞旋翼阻力； 根据平均受挥舞旋翼拉力和平均受挥舞旋翼阻力， 确定桨叶网格的受挥舞变形运动影 响的受力； 根据桨叶网格的受挥舞变形运动影响的受力和牛顿第 三定律， 确定受挥舞变形运动影 响的动量源项； 根据所述受挥舞变形运动影响的动量源项和流体控制方程， 确定流体动力学流场。 2.根据权利要求1所述的一种计算流体动力学流场确定方法， 其特征在于， 所述第 二速 度为： 其中， vτ表示第二速度的切向分量， vr表示第二速度的展向分量， vn表示第二速度的法 向分量， 表示桨叶的方位角， u表示第一速度的X轴方向分量， v表示第一速度的Y轴方向分 量， w第一速度的Z轴方向分量， Ω表示旋翼角速度， r 表示桨叶半径。 3.根据权利要求1所述的一种计算流体动力学流场确定方法， 其特征在于， 所述根据多 个桨叶的第二速度， 确定桨叶半径处多个 桨叶的平均旋翼拉力， 包括： 确定任一桨叶为当前桨叶； 根据当前桨叶的第二速度， 采用公式β ＝arctan(vn/vr)确定当前桨叶的入流角； 其中， β 表示入流角， vn表示第二速度的法向分量， vr表示第二速度的展向分量； 根据所述入流角， 采用公式α ＝αg‑β 确定当前桨叶的气动迎角； 其中， α 表示气动迎角， αg 表示桨盘叶半径 r处的几何安装角；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115481586 A 2根据当前桨叶的第二速度， 利用升力公式 确定当前桨叶在桨叶半径 处的剖面升力； 其中， dL表示剖面升力， vF表示剖面桨叶的来流速度， Cl表 示气动迎角和雷诺数 下的升力系数； c表示剖面桨叶的弦长； 根据入流角和剖面升力， 采用公式dFn＝dL cosβ‑dD sinβ 确定当前桨叶在桨叶半径r处 的旋翼拉力， 进而确定桨叶半径处多个桨叶的平均 旋翼拉力； dFn表示当前桨叶在桨叶半径 处的旋翼拉力。 4.根据权利要求1所述的一种计算流体动力学流场确定方法， 其特征在于， 所述根据平 均旋翼拉力将旋翼桨叶结构等效为Ber noulli‑Euler梁， 并确定等效后的挥舞运动方程， 得 到桨叶半径处的挥舞速度， 包括： 根据平均旋翼拉力将旋翼桨叶结构等效为Bernoulli ‑Euler梁， 并确定等效后的挥舞 运动方程， 得到桨叶挥舞角速度； 所述挥舞运动方程 为 其中， m表示桨叶质量， 表示挥舞角速度； 为 桨叶挥舞位移q对时间的二阶导数， E表示桨叶弹性模量， I表 示桨叶惯 性矩， q”对桨叶位置x 的二阶导数， q ′表示对桨叶微段x的一阶导数， Ω表示旋翼角速度， L表示微端间隔， fapp(x, t)表示t时刻桨叶微段x的受力； 根据桨叶挥舞角速度和桨叶半径， 利用公式 确定桨叶半径处的挥舞速度； vH 表示挥舞速度r 表示桨叶半径。 5.根据权利要求1所述的一种计算流体动力学流场确定方法， 其特征在于， 所述利用所 述挥舞速度对所述第二速度中的法向速度分量进行 更新， 包括： 确定第二速度的法向分量和挥舞速度之和为更新后的第二速度的法向分量。 6.根据权利要求1所述的一种计算流体动力学流场确定方法， 其特征在于， 根据如下公 式确定受挥舞变形运动影响的动量源项： 其中， dF表示桨叶网格的受挥舞变形运动影响的受力； dFJ表示空气受桨叶的作用力； 表示平均受挥舞旋翼拉力， dFτH表示平均受挥舞旋翼阻力， dφ表示周向间隔， Ω表示 旋翼角速度， dt 表示时间步长 。 7.根据权利要求1所述的一种计算流体动力学流场确定方法， 其特征在于， 所述根据 所 述受挥舞变形运动影响的动量源项和流体控制方程， 确定流体动力学流场， 包括： 将所述受挥舞变形运动影响的动量源项代入流体控制方程， 确定待定流体动力学流 场； 判断待定流体动力学流场是否收敛， 得到判断结果； 若所述判断结果为是， 则确定最后一 次迭代时的待定流体动力学流场 为考虑挥舞变形 运动的流体动力学流场；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115481586 A 3