收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

旋翼流场数值模拟方法研究

肖中云  
【摘要】: 直升机自发明至今,以其机动灵活的特点,在军事、民用运输、急救等领域得到了广泛运用,技术不断更新,到目前为止已经经历了四代的发展。现代直升机具有布局紧凑、前飞速度大、机动能力强以及噪音小的特点,同时也带来了更加严重的空气动力学问题。与固定翼相比,旋翼的流动更加复杂,主要有以下几个特点:第一,旋翼流场同时包括桨根的不可压流动区域和桨尖的跨声速流动区域;第二,旋翼流动是典型的非定常流动,前飞状态下,前行桨叶随来流速度增加,伴随激波等跨声速流动现象的出现,而在后行侧桨叶通常工作在很高的攻角状态下,容易导致动态失速的发生;第三,旋翼产生强烈的桨尖涡和尾迹流动,这些尾涡旋绕在旋翼附近,对飞行器气动性能产生不利影响。 计算流体力学经过数十年的发展,在固定翼方面有着非常广泛的应用,在旋翼方面,由于上述的一些复杂特征,应用相对较少。旋翼数值计算方法的发展和尾迹模拟方法的发展密切相关,随着计算技术的进步,目前已经有条件开展三维复杂外形的非定常N-S方程计算,N-S方程考虑了气体的粘性,能够准确描述涡的形成和输运,尾迹可以作为解的一个部分得到。这种方法直接从基本流动方程出发,不附加尾迹模型,适合于复杂旋翼流场的求解,随着计算机速度的不断提高,这种方法具有广阔的应用前景。 本文基于结构重叠网格和三维可压缩N-S方程求解,对旋翼流场的数值模拟方法进行了研究,目的是要建立旋翼、旋翼/机身流场的数值模拟分析软件。在内容安排上,主要分为以下七个章节进行论述。 第一章为引言,简要介绍了旋翼流场数值模拟方法的研究背景、研究现状以及本文的研究内容。 第二章为数值模拟方法,针对旋翼的流场特点,研究了控制方程在惯性和非惯性旋转坐标系下的两种形式、低速预处理技术、双时间步方法和重叠网格方法,发展了旋翼、旋翼/机身流场的数值模拟软件。软件采用直接求解N-S方程的方法获得尾迹,不附加尾迹模型,湍流模型采用SA一方程模型或k-ωSST两方程模型,采用隐式时间处理、多重网格等方法,方程求解具有较高的效率。 第三章为数值方法验证,采用NACA4412、NLR7301等低速翼型验证了低速预处理方法的精度和收敛性;通过一维槽流、单涡运动、二维振荡翼型及动态失速、零质量射流与分离控制、定子/转子运动等几个非定常计算实例验证了计算软件的时间精度和子迭代效率;验证算例中还包括对网格收敛性、真实时间步长、湍流模型及多重网格方法的考核。 第四章为旋翼悬停流场的数值模拟,采用在非惯性旋转坐标系下求解方程的方法对旋翼悬停流场进行了计算,模拟对象包括了Caradonna-Tung旋翼模型和UH-60A旋翼,对比了本文所采用方法的计算效率和精度,对桨叶表面压力分布、下洗流场、尾迹结构等进行了细致的研究,并通过实验数据进行了验证。 第五章为风轮叶片的流场数值模拟,对失速限制型风轮叶片(NREL Phase-Ⅵ)在轴流和偏航状态下的流场进行了数值模拟,其中轴流状态采用在旋转坐标系下进行求解的方法,研究了风轮叶片在经历失速前后的流场变化、桨叶载荷分布,对所产生的扭矩、以及附加的在挥舞和摆振方向的力矩进行了分析。偏航状态采用在惯性系下求解三维非定常N-S方程的方法,研究了桨叶力矩随偏航角的变化规律。 第六章为旋翼/机身干扰研究。运用动态重叠网格和求解非定常可压缩N-S方程的方法,对佐治亚大学(GIT)旋翼/机身干扰模型和海豚直升机的前飞流场进行了数值研究,揭示了低速前飞状态下旋翼尾迹发展、流场演化等非定常过程,比较了干扰环境下的机身表面平均压力分布和非定常脉动压力,对干扰现象及其物理机理进行了分析。 第七章为结束语,总结了本文的研究工作,并对未来工作进行了展望。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 苏克朵;张伯虎;丁倩倩;;旋翼机的发展及应用前景探析[J];科技信息;2011年16期
2 ;交通·运输[J];海峡科技与产业;2002年05期
3 朱清华;李建波;倪先平;张呈林;;旋翼机自转旋翼气动特性及跳飞性能研究[J];空气动力学学报;2008年03期
4 陈平剑;林永峰;黄水林;;倾转旋翼机旋翼/机翼气动干扰的试验研究[J];直升机技术;2008年03期
5 謝础;;奇异的翼[J];科学大众(中学版);1962年01期
6 赵国士;;“在天空里”几个问题的解答[J];科学大众(中学版);1955年07期
7 李春华;徐国华;;倾转旋翼机旋翼对机翼气动干扰的建模及分析[J];空气动力学学报;2008年02期
8 刘夏;;全民飞行的未来进行时[J];新知客;2009年01期
9 杨超 ,宋寿峰;突破飞行屏障——美国X系列飞机50年回顾[J];知识就是力量;1996年12期
10 刘宜;可※重※复※使※用※的※火※箭[J];国外科技动态;1998年11期
11 胡弘;一种新型旋翼飞机[J];河南科技;1997年02期
12 张义;关于实用直升机发明的历史考察[J];自然辩证法通讯;1989年04期
13 ;航空科学技术名词(部分)[J];科技术语研究;2003年03期
14 牟健为;;看我云中“漫步”[J];小哥白尼(趣味科学画报);2003年06期
15 高群服;从台北国际航太展看台湾的航太业[J];海峡科技与产业;2001年06期
16 董凌华;杨卫东;张呈林;;倾转旋翼/机翼耦合系统过渡状态气弹动力学试验研究[J];振动工程学报;2008年05期
17 朱清华;李建波;倪先平;张呈林;;自转旋翼气动特性分析及试验研究[J];实验流体力学;2008年03期
18 ;魔幻故事会[J];小哥白尼(趣味科学画报);2009年01期
19 李春华;徐国华;;倾转旋翼过渡状态的尾迹及气动力特性计算与分析[J];应用力学学报;2008年03期
20 马达;新一代直升机[J];知识就是力量;2002年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 余长杰;朱纪洪;孙增圻;;倾转旋翼机模拟平台自适应神经网络控制[A];2005年中国智能自动化会议论文集[C];2005年
2 张广林;;民用直升机的技术发展与市场分析[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
3 ;旋翼无人机参赛报告[A];2004中国空中机器人大赛论文汇编[C];2004年
4 李勇;肖军;陈伟;;复合材料自动铺丝技术应用与展望[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(下册)[C];2002年
5 王博;招启军;徐国华;;基于动量源方法的直升机旋翼/机身流场数值模拟[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
6 李春华;黄水林;徐国华;;倾转旋翼机机翼向下载荷的计算方法及参数影响分析[A];第二届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2006年
7 叶靓;招启军;徐国华;;直升机前飞非定常流场及气动力数值模拟方法[A];第十一届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2009年
8 邹灿东;王维军;屈香菊;;小型连翼布局倾转旋翼无人机方案研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
9 杨生民;袁东;章伯定;;试飞模拟器及其设计思路[A];第五届全国仿真器学术会论文集[C];2004年
10 刘红漫;郭涛;;具有夜视功能的头盔显示器[A];2007年光电探测与制导技术的发展与应用研讨会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈淼;自转式无人旋翼机飞行控制技术研究[D];南京航空航天大学;2012年
2 魏鹏;旋翼非定常流场的黏性涡数值模拟方法及其混合方法的研究[D];南京航空航天大学;2012年
3 雷瑶;Hex-rotor无人机多旋翼流场数值模拟与试验研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2013年
4 朱清华;自转旋翼飞行器总体设计关键技术研究[D];南京航空航天大学;2007年
5 岳海龙;倾转旋翼机倾转时旋翼/短舱/机翼耦合结构气弹响应研究[D];南京航空航天大学;2010年
6 徐丽;直升机旋翼非定常流动的低耗散高精度数值方法研究[D];上海大学;2010年
7 王宏强;旋翼/涵道风扇式无人直升机飞行控制若干问题研究[D];南京航空航天大学;2009年
8 叶靓;基于非结构网格的直升机旋翼流场及噪声研究[D];南京航空航天大学;2009年
9 薛立鹏;倾转旋翼机气动/动力学多学科设计优化研究[D];南京航空航天大学;2011年
10 孔卫红;复合式高速直升机若干关键技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈婧;无人自转旋翼机伺服与测控技术研究[D];南京航空航天大学;2013年
2 何漠;小型旋翼类无人机飞行控制系统设计[D];哈尔滨工业大学;2013年
3 郝春杰;无人驾驶自转旋翼机控制技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
4 江斌;小型四旋翼低空无人飞行器综合设计[D];浙江大学;2013年
5 陈洁;无人驾驶旋翼机飞行控制与仿真技术研究[D];南京航空航天大学;2012年
6 王伟;电控旋翼综合试验系统设计技术研究[D];南京航空航天大学;2012年
7 王俊超;ZX-1型旋翼机高速型总体方案设计研究[D];南京航空航天大学;2010年
8 岳基隆;四旋翼无人机自适应控制方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
9 白俊峰;基于无刷电机的小型旋翼机驱动控制技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
10 彭贞慧;小型四旋翼无人直升机控制系统设计[D];南京理工大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李昊;美陆军将启动高速旋翼机研制项目[N];中国航空报;2011年
2 褚世永;欧洲公司推进提升旋翼机效率[N];中国航空报;2011年
3 本报记者 胡海波;自转旋翼机:会飞的“风车”[N];中国民航报;2011年
4 黎时;1923:旋翼机问世[N];中国航空报;2003年
5 任晓华;洛·马公司和诺·格公司竞标无人战斗武装旋翼机[N];中国航空报;2003年
6 张广林 张慧;世界旋翼机市场预测及产业发展的经验和启示[N];中国航空报;2008年
7 姜曙光;蒂尔预测未来十年旋翼机市场[N];中国航空报;2004年
8 编译 杨孝文;美军新型“鱼鹰”倾转旋翼机问世[N];北京科技报;2006年
9 温坤;两种突破性旋翼机取得重大进展[N];中国航空报;2008年
10 张广林 张慧;国外对旋翼机安全性的研究[N];中国航空报;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978