设置叶片单元法

与体积力螺旋桨法类似，为叶片单元法设置虚拟盘体时也不需要创建随后要应用该方法的单独区域。相反，通过为现有网格指定如半径、厚度和方向等相关参数来创建虚拟盘体的形状。

要确认虚拟盘体的尺寸和方向，可以通过使用特定于虚拟盘体的场函数对其进行可视化。

为了计算马赫数，叶片单元法在使用可压缩模型时需要参考声速。默认情况下，叶片单元法的参考声速为零。如果要指定其他参考声速：

选择虚拟盘体 > 参考声速，然后根据需要设置值。
仅当在物理连续体中激活气体和恒密度模型时，才会出现此节点。请参见虚拟盘体属性。

Simcenter STAR-CCM+ 支持逼近两个时间选项；平均时间和准确时间。“准确时间”法追踪叶片的运动，并仅在叶片位置处添加源项。这意味着“准确时间”法可捕捉转子叶片上负载的时间变化性质，从而捕捉时间变化力和力矩。相反，“平均时间”法将平均源项添加到整个转子盘体上。有关更多信息，请参见时间选项指定。

选择虚拟盘体 > 时间选项节点，然后选择适当的源项分布。

可使用翼型截面节点将曳力系数和升力系数指定为雷诺数或马赫数以及攻角的函数。此信息提供具有局部叶片空气动力学数据效应的虚拟盘体模拟。翼型截面是特定径向位置的叶片的横截面。可以为整个叶片指定一个翼型截面，或者将叶片细分为几个横截面并提供局部曳力和升力系数数据。要指定翼型截面：

右键单击虚拟盘 > 翼型截面节点，然后选择新建。
选择翼型截面 > 翼型截面 1 节点，然后进行适当的设置。
将翼型日期导入为表。
有两个文件格式选项可用：
- 文件表
  1. 右键单击工具 > 表节点，然后选择新表 > 文件表。
  2. 选择正确的 .csv 文件并单击打开。
    该文件包含一个表，其中有四个逗号分隔的列，格式如下：
```
Angle of attack (degrees or radians), Lift coefficient, Drag coefficient, Mach number
```
    .csv 文件表的示例如下所示：
```
"AoA (deg)","Cl","Cd","Mach"
-16,0,0,0
-16,-1.218,0.09183,0.2
-16,-1.316,0.08124,0.4
-16,-1.521,0.07389,0.6
...
```
  3. 选择翼型截面 1 > [Cl] 或 [Cd] 节点，然后设置输入表。
  4. 设置 [Cl] 和 [Cd] 节点下的剩余属性。
- C81 表
  1. 右键单击虚拟盘体 > 翼型截面节点，然后选择导入 C81 翼型截面数据...
  2. 在打开对话框中，将翼型数据函数设为（α，[马赫数]），然后导航到 C81 翼型数据文件。该文件包含有关升力系数和曳力系数的数据。
  3. 单击打开。
    与升力系数和曳力系数对应的两个节点将分别添加到工具 > 表节点。
  4. 选择虚拟盘体 > 翼型截面 > 翼型截面 1 > [Cl（攻角，马赫数）]节点，然后设置相应的属性。
    参见翼型截面属性。

弦长是连接叶片或翼面的前缘和尾缘的直线。用于描述给定点的叶片宽度。弦长既可以指定为常数，也可以指定为标准化跨距

\frac{r}{R}

的函数。要指定弦长分布：

选择虚拟盘体 > 弦长分布节点，然后设置方法。
在相应的子节点中，设置所需的属性。

直升机的转子叶片在叶片尖端受到波阻的影响。当叶片尖端边缘的气流达到声速时，将出现波阻。因此，要避免出现波阻，叶片尖端的局部速度必须保持在声速以下。波阻还会限制叶片半径可达到的相应最大旋转速率。为修复此限制并减少波阻的影响，引入了后掠式转子叶片。扫掠叶片可降低局部速度，降低比率为扫掠角的余弦因子。扫掠也会增加临界马赫数。要指定扫掠角分布：

选择虚拟盘体 > 扫掠角分布节点，然后设置方法。
在相应的子节点中，设置所需的属性。

可以构建具有扭转的叶片，从而在轮毂和尖端之间获得不同的俯仰角。要指定扭转分布：

选择虚拟盘体 > 扭转分布节点，然后设置方法。
在相应的子节点中，设置所需的属性。

叶片单元法的盘体为圆柱形。必须确保指定的盘体厚度比盘体所在的体网格单元尺寸大 10% 到 15%。这可确保组成盘体的网格单元是连续的，且盘体至少具有一个网格单元层厚度。不建议为盘体指定更大的厚度，因为较大的盘体会导致叶片出现局部模糊效应。

要指定盘体几何，选择虚拟盘体 > 盘体几何节点，然后设置相关属性。

要指定旋转速率：

选择虚拟盘体 > 旋转速率节点，然后指定相关属性。
如果跃升法设为线性跃升，则在旋转速率 > 线性跃升节点内设置相应属性。

对于转子，叶片的俯仰角

θ

决定相对于转子盘体的叶片攻角。由于向前飞行时转子负载存在不均匀性，俯仰角需要特殊处理。可以直接指定俯仰角的所有三个分量，也可以选择切割算法来计算它们。使用切割例程时，需为这些角度提供初始猜测值。所需推力和力矩的值用于以迭代方式计算俯仰角的新值。有关更多信息，参见数值切割算法。

选择虚拟盘体 > 盘体粘贴指定，然后设置盘粘贴指定中描述的属性。
如果虚拟盘修剪选项设为仅修剪推力或修剪推力与力矩，则选择切割收敛控制、目标推力、目标俯仰与旋转力矩和精确时间修剪指定（仅适用于准确时间）节点，然后设置其相关属性。请参见虚拟盘修剪选项参考和使用准确时间方法和虚拟盘修剪选项。

转子叶片俯仰是有关作用于叶片上平铰链的空气动力升力和离心力之间动力学平衡的结果。作为这两种力的结果，叶片沿锥向路径运动，而非保持在垂直于主轴的平面中。

在悬停飞行模式下，根据叶片方位角，升力分布对称。此对称分布可产生与方位无关的恒定俯仰角。此定角称为锥角。在向前飞行模式下，由于转子的前进侧和后退侧上的升力大小不相等，升力分布不对称。因此，叶片的俯仰响应取决于方位。在前进侧，叶片向上俯仰以减小攻角并生成较小的升力。在后退侧，叶片向下俯仰以增大攻角并生成较大的升力。此外，由于转子前后部中的俯仰角为恒定分量，叶片速度会出现不对称。叶片通过在经过前部时向上俯仰并在经过后部时向下俯仰来响应此不对称情况。

Simcenter STAR-CCM+ 提供用于指定锥角、循环俯仰分量和平铰链偏心距的功能。此功能可用于更真实地描述要建模的转子系统。要指定盘体俯仰指定：

选择虚拟盘体 > 盘体俯仰指定节点，然后设置相关属性。

叶片单元法需要利用与基础体网格关联的插值网格。该插值网格的每个单元称为容器。每个容器会从关联的体网格接收局部流体条件，并输出动量源。

要设置虚拟盘体网格分辨率，有两种不同的方法，具体取决于选定的时间选项：

平均时间 - 默认插值法利用了四个相邻叶片元素的源项强度，从而提供了更平滑的源项分布。要在径向和方位角方向指定 2D 虚拟盘体插值网格，执行以下操作：
1. 选择虚拟盘体分辨率 > 方位分辨率节点，然后设置方位分辨率。
2. 选择径向分辨率，然后设置径向分辨率以及要应用的任何分布。

准确时间 - 默认插值法会沿叶片应用内部线性网格，以计算每个叶片元素的源项。它会对源项进行线性插值，并使用二元高斯分布将源项分布到有限体网格，从而提供源项的更平滑的分布。要在径向方向指定 1D 虚拟叶片插值网格：

选择虚拟叶片分辨率 > 径向分辨率节点，然后设置径向分辨率以及希望应用的任何分布。

注	如果需要与最近邻插值模式向后兼容，则选择虚拟盘体 > 虚拟叶片分辨率节点，并激活原有插值模式。原有插值模式不支持叶片重叠。如果 Simcenter STAR-CCM+ 检测到重叠，会输出一条警告消息。要避免重叠，可以调整内半径。

要可视化指定的虚拟盘体/叶片的指定网格分辨率，选择虚拟盘体 > 虚拟盘体分辨率或虚拟叶片分辨率节点。


虚拟盘体分辨率	虚拟叶片分辨率
时间选项：平均时间	时间选项：准确时间

要在不增加单元数的情况下有效解决尖端附近的流体效应，可以朝虚拟盘体/叶片外半径激活径向分布：

选择虚拟盘体 > 虚拟盘体分辨率/虚拟叶片分辨率 > 径向分辨率节点，然后设置径向分布函数和径向延伸模式。

要设置分辨率，使每个容器都与体网格中至少一个网格单元相关联，虚拟盘体分辨率不得太精细。生成的容器尺寸必须大致对应于基础体网格的网格单元尺寸。

要逼近基础体网格的切割体网格尺寸：
1. 计算径向方向的插值网格长度 ( $r_{o u t} - r_{i n}$ )。
2. 对于 2D 插值网格，计算沿内半径的方位角方向长度 ( $2 π r_{i n}$ )。
3. 将这两个长度分别除于相应方向指定的分辨率。
结果值必须大致对应于该区域中的体网格单元尺寸。
如果指定的虚拟盘体分辨率太高，Simcenter STAR-CCM+ 会发出错误消息。降低网格分辨率，直到错误消息消失。有关更多详细信息，请参见步骤 1：基于插值网格的叶片单元/容器的网格单元标记和分配。

尾涡在每个转子叶片的尖端形成。此涡流导致尖端附近入流增多，会有效降低此区域中叶片的升力产生量。这称为叶尖损失。要指定叶尖损失校正：

选择虚拟盘体 > 叶尖损失校正节点，然后设置方法。
在相应的子节点中，设置相关属性。

要指定源收敛控制：

选择虚拟盘体 > 源收敛控制节点，然后设置相应的属性。
有关更多信息，参见叶片单元法参考。