复合式共轴刚性旋翼直升机气动干扰及飞行特性分析

发布时间：2017-05-29 14:00

  本文关键词：复合式共轴刚性旋翼直升机气动干扰及飞行特性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：复合式共轴刚性旋翼直升机（复合式直升机）是当前直升机技术的研究热点。本文针对复合式直升机较深入地开展了其干扰流场的CFD方法及飞行力学建模方法的研究。首先建立了一种适用于旋翼/推进螺旋桨/机身干扰流场的动量源数值模拟方法，同时，，结合动量源方法建立了一个针对复合式直升机的较高精度的非线性飞行力学模型。在此基础上，对复合式直升机的旋翼/推进螺旋桨/机身干扰流场、平衡特性以及“ABC”旋翼“升力偏置”等方面分别进行了研究。主要工作如下： 作为前提与背景，首先阐述了论文的研究目的，针对“ABC”旋翼气动特性、复合式直升机的操纵策略及平衡操稳特性的研究现状进行了概述，指出了现有研究中存在的不足及难点，提出了本文拟采用的研究方法及内容。 综合考虑计算精度、效率及动量源模型对网格的要求，本文生成了一套适用于复合式直升机旋翼/推进螺旋桨/机身干扰流场模拟的非结构网格。在此基础上，建立了一个以Euler方程为主控方程、包含旋翼和推进螺旋桨动量源方法的复合式直升机旋翼/推进螺旋桨/机身干扰流场的CFD计算模型，并通过有试验数据的算例计算验证了该模型的准确性。 在论文的第三章，建立了一个包括“直升机模式”、“过渡模式”和“飞机模式”各状态下的复合式直升机的操纵数学模型，并进一步与机体运动方程相结合，推导给出了涵盖各飞行模式的该构型直升机的飞行力学模型。在该模型中，旋翼和推进螺旋桨的气动力应用所建立的动量源CFD方法求解，机身气动力则采用CFD软件计算，以提高飞行力学模型的精度。 基于第三章建立的包括各飞行模式的飞行力学模型，第四章又给出了复合式共轴刚性旋翼直升机平衡特性的分析方法。并应用该方法，对复合式共轴刚性旋翼直升机在三种不同飞行模式下的平衡特性进行了计算与分析。 应用第二章建立的气动干扰分析方法，并结合第四章的平衡分析模型，本文进一步针对不同状态下的复合式共轴刚性旋翼直升机干扰流场进行了计算，并对比分析了不同参数对旋翼/推进螺旋桨/机身干扰流场的影响。 最后，对“ABC”旋翼系统原理的本质——“升力偏置”进行了分析，并着重研究了“ABC”旋翼的特有参数对旋翼气动升力中心以及对复合式共轴刚性旋翼直升机平衡特性的影响，得出了若干具有实际意义的结论。
【关键词】：复合式直升机 ABC旋翼 干扰流场 动量源 操纵策略 升力偏置
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V275.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 图表清单10-13
• 注释表13-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 研究背景15-18
• 1.1.1 概述15-16
• 1.1.2 复合式共轴刚性旋翼直升机操纵特点及“ABC”旋翼气动特点16-18
• 1.2 国内外研究概况18-20
• 1.3 本文研究思路和主要内容20-23
• 第二章 复合式共轴刚性旋翼直升机干扰流场的分析方法23-43
• 2.1 引言23
• 2.2 复合式共轴刚性旋翼直升机干扰流场的网格生成23-27
• 2.2.1 复合式共轴刚性旋翼直升机三维实体造型23-24
• 2.2.2 复合式共轴刚性旋翼直升机流场的计算网格生成24-27
• 2.2.3 复合式共轴刚性旋翼直升机流场的网格生成步骤27
• 2.3 复合式共轴刚性旋翼直升机流场的求解方法27-31
• 2.3.1 流动控制方程27-28
• 2.3.2 有限体积法空间离散28-29
• 2.3.3 人工耗散29-30
• 2.3.4 时间离散30-31
• 2.3.5 边界条件31
• 2.4 用于共轴刚性双旋翼作用盘模型的动量源项建立31-35
• 2.5 计算流程图35-36
• 2.6 算例验证36-41
• 2.6.1 前飞时的孤立机身流场验证36-38
• 2.6.2 悬停时的孤立共轴双旋翼诱导速度验证38-39
• 3.6.3 大前进比时的孤立单旋翼气动性能验证39-41
• 2.6.4 前飞时的旋翼/机身干扰流场验证41
• 2.7 本章小结41-43
• 第三章 复合式共轴刚性旋翼直升机操纵特点分析及飞行力学建模43-57
• 3.1 引言43
• 3.2 复合式共轴刚性旋翼直升机操纵特点分析43-47
• 3.2.1 横向操纵44
• 3.2.2 纵向操纵44-45
• 3.2.3 航向操纵45
• 3.2.4 垂向操纵45-46
• 3.2.5 操纵冗余46-47
• 3.3 复合式共轴刚性旋翼直升机飞行力学模型的建立47-56
• 3.3.1 坐标系的建立47-48
• 3.3.2 坐标系间的转换关系48-49
• 3.3.3 机体运动方程49-50
• 3.3.4 平尾气动模型50-52
• 3.3.5 垂尾气动模型52-53
• 3.3.6 机身气动模型53-54
• 3.3.7 旋翼及推进螺旋桨气动模型54-56
• 3.4 本章小结56-57
• 第四章 复合式共轴刚性旋翼直升机配平求解方法57-68
• 4.1 引言57
• 4.2 复合式共轴刚性旋翼直升机的配平求解方法57-61
• 4.3 复合式共轴刚性旋翼直升机的配平模型验证61-63
• 4.4 复合式共轴刚性旋翼直升机的配平与分析63-67
• 4.5 本章小结67-68
• 第五章 复合式共轴刚性旋翼直升机旋翼/推进螺旋桨/机身干扰流场计算68-78
• 5.1 引言68
• 5.2 有无推进螺旋桨时直升机干扰流场对比计算68-72
• 5.3 速度变化对直升机干扰流场的影响分析72-77
• 5.4 本章结论77-78
• 第六章 “ABC”旋翼参数对气动升力中心及平衡特性的影响分析78-91
• 6.1 引言78-79
• 6.2 “升力偏置”分析79-81
• 6.3 提前操纵角对旋翼升力中心及平衡特性的影响分析81-86
• 6.4 差动横向周期变距对旋翼升力中心及平衡特性的影响86-89
• 6.5 本章结论89-91
• 第七章 总结与展望91-94
• 7.1 本文主要的研究工作和结论91-92
• 7.2 本文研究工作的特色及创新92-93
• 7.3 后续研究设想93-94
• 参考文献94-99
• 致谢99-100
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文100

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 王焕瑾,高正;高速直升机方案研究[J];飞行力学;2005年01期

2 邓彦敏,陶然,胡继忠;共轴式直升机上下旋翼之间气动干扰的风洞实验研究[J];航空学报;2003年01期

3 王华明,张呈林;直升机非线性运动方程及其数值分析[J];空气动力学学报;2001年03期

4 曹芸芸;陈仁良;;倾转旋翼飞行器的操纵策略和配平方法[J];南京航空航天大学学报;2009年01期

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本文编号：404984