舰面流场分析及旋翼瞬态气弹响应抑制研究
发布时间：2021-10-14 21:42
舰载直升机能在海面上执行救援侦察、反潜反舰、两栖攻击、空中预警以及电子信息战等作战任务,但是舰载直升机在舰船甲板上起飞或着陆需要经常面对复杂的气动环境,这样会严重威胁直升机的安全起降。本文工作重心在舰船甲板流场和舰船/旋翼耦合甲板流场的建模与数值分析以及舰面旋翼起动过程瞬态气弹响应抑制研究方面。本文第一章首先介绍了国内外在舰船/旋翼耦合甲板流场方面和舰面旋翼动力学问题的研究现状,然后阐述了研究目的,提出拟采用的研究途径和方法。在第二章建立了孤立舰船甲板流场数值模型,然后结合动量源方法,建立舰船/直升机耦合流场数值模型。最后通过算例分析,证明该数值模拟方法和动量源方法有效可靠。随后第三章对孤立舰船甲板流场和基于动量源方法的舰船/旋翼耦合甲板流场进行了数值模拟,分析和讨论了舰船上层建筑、自由来流风向角的变化对孤立舰船和舰船/旋翼耦合甲板流场的影响,风速变化对孤立舰船甲板流场的影响以及旋翼悬停位置和机库门开闭情况对舰船/旋翼耦合甲板流场的影响。针对舰船/旋翼耦合甲板流场的结构特征,提出了舰船/旋翼耦合甲板流场流动控制方法,经过计算和分析,合理地选择射流方式可以有效地对耦合甲板流场进行流动控制...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
世界典型舰载直升机
逐渐出现在各国海军的视野。根据美国安全中心数据统计，舰故是航天员的 5 倍，是喷气式轰炸机的 10 倍，是民航客机的 54 倍[5]。飞重的经济损失，而且往往产生重大的政治和社会影响。舰载直升机舰上起、直升机进出机库三个过程都有可能出现舰载直升机操作安全问题，其中事故主要发生在舰船起飞和着陆期间。舰载直升机飞行在波涛汹涌、气象条件变化无常的海洋上，且要起降在的舰船甲板上，使得舰载直升机海上作业难度高[6] [7]。甲板流场受自然风综合影响，空气会发生分离、回流、旋涡等运动形式[8]。当直升机在舰船上的脱落涡与气流流经舰船产生的涡互相干扰、耦合，形成复杂的混合涡流板上的操纵产生不利影响。此外，由于直升机旋翼处在刚刚起动或者停转速较低、旋翼离心力较小，加上旋翼桨叶细长柔软，对外部气流变化敏尖极易产生过度挥舞位移，会与机身发生物理碰撞[10]，产生严重的安全做桨帆现象[11](Blade Sailing Phenomenon，BSP)，如图1.2所示。CH-46海开始服役于美国海军陆战队的一款纵列式双旋翼直升机，自服役开始，46发生BSP的记载[12]。
不仅需要耗费大量的人力、物力、财力，还有可能危及到飞行员和舰船甲板上工作人员的生命安全，因此舰船甲板流场的实船测量不能作为主要研究手段，只能作为一种其他研究方法的辅助和验证手段。风洞试验已被广泛的应用于预测舰船甲板周围气流场，国内外都已进行了大量的相关研究工作。与实船实地测量相比，风洞试验研究方法具有较高的安全性且不受外界因素的影响，但试验耗时较长、试验经费较高。由于风洞试验采用的是缩比模型，所以应保证舰船模型流场与真实舰船流场之间相似，除了保证模型与实物几何相似以外，还应使两个流场有相关的相似准则数。但在一般风洞试验中，很难使得这些相似准数全部相等，且也无需使它们相等，只要根据具体情况使主要相似准数相等即可。风洞试验中，由于风洞壁面的存在和传感器的测量精度有限，都会给风洞试验结果带来一定的试验误差。近年来，计算流体力学技术(Computational Fluid Dynamics，CFD )迅猛发展，数值模拟分析方法的精度也大大得到了提高，完全可以应用在实际的科研工作中。相比于实船测量方法和风洞试验方法，CFD 方法可以完全避免出现前二者的试验人员的安全问题，并节省了大量的人力、物力和财力，可以准确模拟舰船甲板流场特征。在未来的研究工作中，随着计算机性能的进一步提升，CFD 方法还会继续作为研究舰船、旋翼流场的主要手段。
本文编号：3436862
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
世界典型舰载直升机
逐渐出现在各国海军的视野。根据美国安全中心数据统计，舰故是航天员的 5 倍，是喷气式轰炸机的 10 倍，是民航客机的 54 倍[5]。飞重的经济损失，而且往往产生重大的政治和社会影响。舰载直升机舰上起、直升机进出机库三个过程都有可能出现舰载直升机操作安全问题，其中事故主要发生在舰船起飞和着陆期间。舰载直升机飞行在波涛汹涌、气象条件变化无常的海洋上，且要起降在的舰船甲板上，使得舰载直升机海上作业难度高[6] [7]。甲板流场受自然风综合影响，空气会发生分离、回流、旋涡等运动形式[8]。当直升机在舰船上的脱落涡与气流流经舰船产生的涡互相干扰、耦合，形成复杂的混合涡流板上的操纵产生不利影响。此外，由于直升机旋翼处在刚刚起动或者停转速较低、旋翼离心力较小，加上旋翼桨叶细长柔软，对外部气流变化敏尖极易产生过度挥舞位移，会与机身发生物理碰撞[10]，产生严重的安全做桨帆现象[11](Blade Sailing Phenomenon，BSP)，如图1.2所示。CH-46海开始服役于美国海军陆战队的一款纵列式双旋翼直升机，自服役开始，46发生BSP的记载[12]。
不仅需要耗费大量的人力、物力、财力，还有可能危及到飞行员和舰船甲板上工作人员的生命安全，因此舰船甲板流场的实船测量不能作为主要研究手段，只能作为一种其他研究方法的辅助和验证手段。风洞试验已被广泛的应用于预测舰船甲板周围气流场，国内外都已进行了大量的相关研究工作。与实船实地测量相比，风洞试验研究方法具有较高的安全性且不受外界因素的影响，但试验耗时较长、试验经费较高。由于风洞试验采用的是缩比模型，所以应保证舰船模型流场与真实舰船流场之间相似，除了保证模型与实物几何相似以外，还应使两个流场有相关的相似准则数。但在一般风洞试验中，很难使得这些相似准数全部相等，且也无需使它们相等，只要根据具体情况使主要相似准数相等即可。风洞试验中，由于风洞壁面的存在和传感器的测量精度有限，都会给风洞试验结果带来一定的试验误差。近年来，计算流体力学技术(Computational Fluid Dynamics，CFD )迅猛发展，数值模拟分析方法的精度也大大得到了提高，完全可以应用在实际的科研工作中。相比于实船测量方法和风洞试验方法，CFD 方法可以完全避免出现前二者的试验人员的安全问题，并节省了大量的人力、物力和财力，可以准确模拟舰船甲板流场特征。在未来的研究工作中，随着计算机性能的进一步提升，CFD 方法还会继续作为研究舰船、旋翼流场的主要手段。
本文编号：3436862
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