基于黏性涡粒子/沙粒DEM的直升机沙盲建模

直升机"沙盲(Brownout)"现象阻挡飞行员视线,导致直升机垂直起降、贴地飞行困难,甚至引发飞行事故。为研究直升机的"沙盲"特性,建立基于离散动力学的沙粒DEM(Discrete Element Method)模型和沙粒-流场耦合模型,嵌入旋翼黏性涡粒子和黏性地面气动模型,体现旋翼流场作用下沙粒移动、碰撞等特性,构建直升机"沙盲"现象计算方法。通过与美国陆军Yuma试验场EH-60L"沙盲"飞行试验结果对比,表明本文"沙盲"计算方法得到的"沙云"形状、扬起位置、高度、变化过程与飞行试验测量结果基本一致,且相比于基于沙粒夹带模型、沙粒起跳模型、速度罚值沙粒通量模型的拉格朗日沙粒跟踪方法,本文方法得到的"沙云"轮廓精度更高,与飞行测量结果更吻合。随后研究悬停和前飞状态"沙盲"形成特性,结果表明旋翼桨尖涡与地面干扰形成地面射流,推动沙粒移动堆积,诱发沙粒碰撞起跳,并在旋翼/地面干扰流场作用下扬起形成沙云,覆盖直升机前方视野,构成"沙盲"现象。