在實際運用的數值模擬方法中，國內外均開展了一些卓有成效的工作[5-10]。Wagner[5]采用渦流方法模擬了旋翼/機翼氣動特性，著重分析了旋翼對機翼的影響，但未能充分考慮旋翼/機翼之間整體的耦合作用。Tadghighi等[6]使用動量源方法來代表旋翼對流場的影響，初步研究了因傾轉旋翼和機翼氣動干擾而產生的“噴泉效應”現象，滿足了一定的工程應用，但未能定量給出氣動干擾的程度；國內方面，也已取得了一定的進展：李春華、徐愷[8-10]等分別使用渦方法和動量源方法較早開展了研究，得出了一些有意義的結論。盡管渦方法和動量源方法有著計算效率高且具有一定分析精度的特點，但傾轉旋翼有著的小展弦比（三維繞流特性強）和較大扭轉角（氣流分離明顯）等特征，此時粘性有著顯著的影響，基于勢流假設的渦流方法和經過簡化的動量源方法無法捕捉傾轉旋翼/機翼附近的流動細節。相比之下，貼體網格上采用N-S方程作為主控方程，可較充分考慮氣流粘性影響，并能精確地捕捉到旋翼槳葉之間及旋翼/機翼之間的非定常干擾流場特性，這對進一步開展該型飛行器的氣動干擾流動特性的分析具有重要作用。

對于完全CFD方法用于傾轉旋翼/機翼流場的研究，國外公開發表的文獻較少，主要有Meakin[11]、Potsdam[12]和Upender[13]等使用基于結構運動嵌套網格的CFD方法較好分析了懸停狀態下的機翼氣動力和傾轉旋翼與機翼的干擾流場特性。但研究多集中在傾轉旋翼流場特性的分析上面，關于旋翼/機翼干擾氣動力及整體氣動性能方面的研究開展較少。國內截至目前為止，公開發表的文獻還沒有針對傾轉旋翼/機翼干擾流場及氣動力采用完全CFD方法進行分析研究。由于傾轉旋翼/機翼干擾流場的特殊性，使得完全CFD方法的運用遇到如下幾個挑戰性的難題：(1)大負扭轉傾轉旋翼與機翼之間的干擾流場三維網格生成難度大；(2)傾轉旋翼大負扭轉引起的氣流分離及傾轉旋翼/機翼間的非定常氣動特性模擬精度問題；(3)準確捕捉傾轉旋翼/機翼間干擾的非定常氣動特性計算效率問題等。

針對上述這些問題，在課題組先前積累的旋翼非定常流場研究基礎上[14-16]，首先采用了一種結合并行技術的多層嵌套網格方法，以雷諾平均N-S方程為控制方程并采用了能很好模擬氣流分離的S-A湍流模型；過渡/背景網格使用Euler方程作為控制方程來減少尾渦的耗散和提高計算效率。針對干擾流場的非定常特性模擬的問題，選用了雙時間方法來進行時間推進。在方法研究基礎上，開展了懸停狀態下孤立旋翼和傾轉旋翼/機翼氣動特性的對比分析研究，獲得了一些對高性能傾轉旋翼機氣動設計有指導價值的結論。

多層運動嵌套網格生成方法

1.網格系統構成

在網格系統的建立方面，針對單塊網格很難同時滿足運動旋翼和靜止機翼兩種狀態，本文采用了運動嵌套網格方法。此外，為了能更加準確的模擬出旋翼/機翼流場干擾細節并提高網格間的插值精度，本文在機翼上方的旋翼周圍引入了過渡網格，從而建立一套多層嵌套的網格系統。在一定程度上減少了直接加密背景網格可能帶來的計算量問題。整套網格由四部分組成：一是圍繞旋翼的C-O型網格，傾轉旋翼根部扭轉較大且采用的為厚翼型，為了保證網格的正交性，本文在槳葉展向網格分布時充分慮了槳葉厚度和扭轉角的變化，對剖面網格進行了合理的光順作用。為了更好地模擬粘性效應，網格點在槳葉前緣、后緣以及槳尖處進行了加密，其中槳葉法向第一層網格距槳葉表面的距離為1.0×10-5c（槳葉弦長），該網格隨旋翼一起運動。二是繞機翼的C-O型網格,網格尺寸類似槳葉設置，但在靠近對稱面的地方進行了閉合處理，以方便于對稱邊界條件的實施；三是旋翼網格嵌套所處的靜止過渡網格，為了能準確模擬出干擾流場的特性和槳尖渦的空間運動，該處的網格間距采用均勻尺寸為（0.1c）；四為背景網格，此處采用均勻0.2c尺寸的間距，兼顧了計算效率和插值精度。整套網格系統如圖1所示。

2.多層運動嵌套方法

由于本文采用了新型的多層嵌套網格系統，傳統的嵌套方法已經很難滿足，故在結合并行技術的基礎上，采用改進的“透視圖”法[16]來確定洞點和洞邊界，并使用伴隨槳葉的InverseMap方法進行洞邊界單元的搜尋，發展了一套多層運動嵌套網格方法。“透視圖法”的基本原理是遍歷部件的表面網格點，并計算其在所處嵌套網格中對應的單元序號，然后通過該單元序號在背景網格上重現其對應的槳葉形狀。針對本文中所用的過渡/背景嵌套網格為規則的笛卡爾網格的特點，對槳葉/機翼/過渡網格表面網格點在嵌套網格中查找方法進行了改進：對洞點的搜尋可以簡化成三個方向上的一維搜索，并在可能出現不封閉洞點的位置處對挖洞單元表面進行了自適應加密，進而減少了內存的使用和消除了不連續洞點的產生。在進行傾轉旋翼的洞邊界單元所對應的貢獻單元的搜索時，根據部件表面網格分布特性對InverseMap分辨率進行優化，提高了效率。運用上述方法將傾轉旋翼嵌套在過渡網格中作為第一層嵌套，過渡網格嵌套在背景網格中作為第二層嵌套，機翼與過渡/背景網格作為第三層嵌套。結合并行技術，將計算網格分配到不同計算節點，各計算節點根據網格類型獨立同時進行嵌套，成功實現了嵌套方法的并行執行。運動嵌套中的洞邊界單元對應的貢獻單元如圖2所示。

數值模擬方法

1.控制方程

本文將坐標建立在固定坐標系下，采用以絕對物理量為參數的守恒的積分形式的可壓N-S方程作為主控方程（略）：式中，為控制體單元體積，Ω為單元面積，n表示單元表面法矢量，t為時間，k、T分別為熱傳導系數和絕對溫度。rV表示相對速度，tV表示控制體邊界的運動速度，E和H分別為總能和總焓。為粘性系數，表示為lt。

2.湍流模型

由于傾轉旋翼槳葉扭轉較大，在運動中有著明顯的分離及再附著等復雜流動現象，常用的B-L代數模型很難勝任，這里采用了能較好捕捉氣流分離的一方程Spalart-Allmaras[17]湍流模型。與代數湍流模型相比，S-A模型是依據經驗、量綱分析、對分子粘性的選擇性依賴得到渦粘性系數的輸運方程。該模型既不需要分成內外層模式、壁面模式和尾流模式，又不需要推導渦粘性系數的精確的輸運方程，而是采用近似的輸運方程，下面給出了忽略轉捩相關項的無量綱形式后的S-A湍流模型輸運方程（略）

3.方程離散