直升机旋翼与舰船甲板复合流场研究

发布时间：2017-10-18 21:36

  本文关键词：直升机旋翼与舰船甲板复合流场研究

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【摘要】：直升机以其超低空飞行能力、独有的悬停特性和高效灵活的特点越来越多地被装载于非航空型舰船,用以执行海上运输、补给、搜救等任务。舰船空气尾流场是直升机在舰上起降的主要环境。受上层建筑及海面变化风向的影响,舰船空气尾流场结构复杂,影响范围大。以往的理论分析和飞行实践证明,甲板上方流场结构对直升机起降过程影响很大。但现有文献多是将甲板流场和直升机流场分开研究,再结合各自的流场结构进行综合分析,忽略了甲板流场和旋翼流场的相互作用。本文利用数值模拟方法,建立舰船与旋翼复合模型。利用FLUENT软件对舰船流场、单旋翼复合流场与多旋翼复合流场进行数值计算,探究风向、旋翼悬停位置与旋翼数量对复合流场结构、湍动能分布与旋翼受力的影响。 本文介绍了数值模拟方法及求解方案,并对计算模型的合理性进行了讨论。通过与缩比船模试验结果对比,验证了计算模型和求解方法的合理性。在此基础上,开展了多风向流场求解(风向0°、右舷15°和左舷15°)。单旋翼复合模型为舰船甲板停机坪A、B、C位置分别单独悬停旋翼的模型,多旋翼复合模型为舰船甲板停机坪A、B、C位置同时悬停旋翼的模型。 研究结果表明：不同风向时,舰船流场结构不同。甲板悬停旋翼时,旋翼桨尖涡与舰船旋涡相互掺混,使得舰船甲板流场旋涡结构变得复杂。旋翼后方流场由于受到涡流区尾迹影响,湍流度增加。旋翼位置越靠前,旋翼桨尖涡与上层建筑尾涡掺混程度越大。湍动能分布作为一种判定标准,可以很好地表征流场的紊乱程度。多个旋翼同时悬停时,甲板上方各涡流区之间掺混加剧,高湍动度区域范围增加,各旋翼升力能力降低。尤其侧风风向时,位于后方的旋翼升力能力下降明显。研究结果能够为不同工况下直升机在船舶甲板上方的作业安全提供理论支持和有利参考。
【关键词】：直升机旋翼 舰船 流场结构 升力 数值模拟
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.70;V211.41
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-17
• 1.2.1 船舶甲板流场研究11-13
• 1.2.2 直升机旋翼流场CFD研究13-15
• 1.2.3 直升机旋翼与船舶甲板复合流场研究15-16
• 1.2.4 直升机甲板起降限制16-17
• 1.3 本文主要研究内容17-18
• 第2章 数值模拟方法18-27
• 2.1 流体动力学基本方程18-19
• 2.2 物理建模19-21
• 2.3 计算域21-22
• 2.4 网格划分22-24
• 2.4.1 舰船模型网格22-23
• 2.4.2 复合模型网格23-24
• 2.5 边界条件24-25
• 2.6 数值模拟标定25-26
• 2.7 本章小结26-27
• 第3章 风向对舰船甲板流场结构影响分析27-34
• 3.1 引言27
• 3.2 风向0°舰船流场结构27-29
• 3.3 风向+15°舰船流场结构29-31
• 3.4 风向-15°舰船流场结构31-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 单旋翼复合流场结构与旋翼受力分析34-75
• 4.1 单旋翼复合流场结构分析34-52
• 4.1.1 复合流场A结构分析34-40
• 4.1.2 复合流场B结构分析40-46
• 4.1.3 复合流场C结构分析46-52
• 4.2 单旋翼复合流场湍动能分布52-65
• 4.2.1 复合流场A湍动能分布52-57
• 4.2.2 复合流场B湍动能分布57-61
• 4.2.3 复合流场C湍动能分布61-65
• 4.3 单旋翼受力分析65-73
• 4.3.1 单独旋翼a受力分析65-71
• 4.3.2 单独旋翼b受力分析71-72
• 4.3.3 单独旋翼c受力分析72
• 4.3.4 单独旋翼a、b、c升力与平衡性比较72-73
• 4.4 本章小结73-75
• 第5章 多旋翼复合流场结构与旋翼受力分析75-94
• 5.1 多旋翼复合流场结构分析75-84
• 5.1.1 风向0°多旋翼复合流场结构75-78
• 5.1.2 风向+15°多旋翼复合流场结构78-81
• 5.1.3 风向-15°多旋翼复合流场结构81-84
• 5.2 多旋翼复合流场湍动能分布84-89
• 5.2.1 湍动能等值面84-85
• 5.2.2 二维截面湍动能85-89
• 5.3 多旋翼受力分析89-93
• 5.3.1 各旋翼桨叶升力与升力差89-91
• 5.3.2 各旋翼升力降与升力差降91-93
• 5.4 本章小结93-94
• 结论94-95
• 参考文献95-100
• 攻读硕士学位期间公开发表论文100-101
• 致谢101-102
• 作者简介102

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1057281