基于ANSYS的螺旋桨气动性能数值仿真研究：悬停与前飞工况分析

基于ANSYS的螺旋桨气动性能数值仿真研究：悬停与前飞工况分析

摘要：本报告系统阐述了利用ANSYS仿真平台，对一典型无人机用螺旋桨进行三维非定常计算流体力学（CFD）模拟的全过程。研究聚焦于螺旋桨的两个核心飞行工况：悬停与稳定前飞。首先，使用ANSYS SCDM进行三维几何建模与计算域创建；随后，在ANSYS Meshing中实施高质量的结构化与多区域非结构化混合网格划分策略；接着，在ANSYS Fluent中设置基于雷诺平均纳维-斯托克斯方程（RANS）的求解模型，采用SST k-ω湍流模型和滑移网格技术模拟旋转运动。通过详细的仿真计算，获取了悬停工况下的拉力和扭矩特性、桨叶表面压力分布及涡流结构，以及前飞工况下随前进比变化的性能曲线、入流不对称性等现象。仿真结果表明，所建立的CFD方法能有效捕捉螺旋桨复杂流场特征，为螺旋桨的气动设计、性能评估及优化提供了可靠的数值分析手段。

关键词：ANSYS Fluent；螺旋桨；CFD；气动性能；悬停；前飞；滑移网格；涡流

1. 引言

螺旋桨作为将发动机旋转功率转化为飞行器拉力的关键部件，其气动性能直接决定了飞行器的效率、续航及操纵性。无论是直升机旋翼、垂直起降飞行器，还是固定翼无人机，在悬停、爬升、巡航等不同阶段，螺旋桨都工作在极其复杂的非定常、三维旋转流场中。传统的理论方法（如叶素动量理论）和试验测试虽各有价值，但存在简化过多或成本高昂、周期长的局限性。

随着计算流体力学（CFD）技术和计算机硬件的飞速发展，数值仿