AbstractThe helicopter project CHANCE contains, among other developments, the quasi-steady approximation to modelling rotors with actuator discs. This reduces the cost of an unsteady simulation down to a stationary one. In testing existing approaches in the literature, the source term implementation proved to perform best, especially in forward flight: source terms located on the disc bottom side impart impulse and energy to the fluid. These are obtained from a loose coupling between two DLR codes: the flow solver FLOWer and the rotor code S4. The latter provides a rotor map, a radial and azimuthal force distribution, to the former converting it to the actuator disc map (source terms). Low velocities are accounted for using preconditioning. A more flexible Chimera approach can be used. The actuator disc feature has been developed in a parallel framework for shorter turn-around times. Capturing the fuselage/disc interaction using the Chimera capability is demonstrated on the HELIFUSE C1 configuration. Next the BO-105 fuselage is used to validate the source term approach by means of a uniform pressure jump. The potential disturbance appears clearly on the disc inflow and pressures on the top centreline match with experimental points. Last, the Dauphin 365N configuration has been used to assess the non-uniform actuator disc. It is checked that previous ONERA results are correctly reproduced with a map provided by ONERA. An actuator disc map derived from S4 is used for further investigation. In particular, it is shown that the vorticity field is particularly well captured.
ZusammenfassungDer sogenannte quasistationäre Ansatz zur Simulation der Luftströmung um vollständige Hubschrauberkonfigurationen besteht darin, den Rotor durch eine Wirkscheibe zu modellieren. Das im DLR genutzte Verfahren wird mit Schwerpunkt auf die numerische Implementierung beschrieben. In der Literatur sind Anwendungen für Turbomaschinen, Triebwerksfans, Propeller und Hubschrauberrotoren bekannt. Diese und die in der Arbeit verwendeten Implementierungen können in drei Klassen eingeteilt werden: Randbedingung für Variable, Randbedingung für Flüsse oder Quellterme. Eine impulsbasierende und eine charakteristische Formulierung wird ausprobiert. Beispielhaft werden Ergebnisse für eine charakteristische Formulierung als Flussrandbedingung getestet. Letztendlich ist aber nur ein Quelltermverfahren ausreichend robust für die Hubschrauberanwendung, insbesondere hinsichtlich der künstlichen Dissipation sowie der Zellgrösse um der Wirkscheibe. Zur Validierung der Entwicklung wird die Umströmung des BO-105 Hubschraubers berechnet. Als weitere Anwendung wird der wirbelbehaftete Nachlauf des Dauphin 365N untersucht. Die berechneten Daten stimmen jeweils gut mit den experimentellen Daten überein.
Actuator disc modelling for helicopter rotors
Modellierung von Hubschrauberrotoren durch den Wirkungsscheibenansatz
Aerospace Science and Technology ; 8 , 4 ; 285-297
2003-10-21
13 pages
Article (Journal)
Electronic Resource
English
Actuator Disc for Helicopter Rotors in the Unstructured Flow Solver TAU
British Library Conference Proceedings | 2005
|Actuator disk for helicopter rotors in an unstructured flow solver
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