压力喷气旋翼气动特性研究

发布时间：2017-10-18 08:25

  本文关键词：压力喷气旋翼气动特性研究

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【摘要】：桨尖喷气直升机利用桨尖高速喷流产生的反作用力驱动旋翼旋转,由于不需要反扭矩装置,因此具有结构紧凑、空机重量轻等优点。而压力喷气旋翼则是一种典型的桨尖驱动形式,曾被较为广泛的采用。由于桨尖喷流会对旋翼流场、进而对旋翼气动力产生较大影响,传统的旋翼气动力计算方法不再适用。本文即针对具有典型内外流耦合特征的压力喷气旋翼进行研究,建立其气动力计算方法,摸索其气动特性规律,为压力喷气旋翼的设计提供技术基础。本文研究包括以下内容:(1)首先采用CFD数值模拟方法,建立了压力喷气旋翼桨叶管道内流计算模型。基于此模型,深入分析了管道摩擦作用、桨尖喷口截面形状、管道入口总压、管道内气体温度以及旋翼转速等重要物理参数对管道内流速、压力、温度分布,以及桨尖处喷流速度的影响规律。(2)进一步基于CFD方法建立了旋翼外流的计算模型,结合之前建立的桨叶管道内流计算模型,提出了一种压力喷气旋翼内外流耦合气动特性的计算方法。通过对典型压力喷气旋翼算例的计算分析,发现内外流耦合作用会使旋翼拉力减小、阻力矩增大,旋翼气动效率降低。通过与动量叶素理论的计算结果相比,也证明了所提出的计算方法可以有效的预测这一现象。(3)为满足快速工程计算分析的需求,基于一维管道流动分析方法,考虑离心力对其的影响,建立了管道内流计算模型;基于动量叶素理论计算旋翼外流,并基于典型状态的CFD计算结果对内外流模型进行了工程修正,最终形成了一套既高效、又具有一定精度的压力喷气旋翼气动特性工程计算方法。
【关键词】：桨尖喷气 直升机 压力喷气旋翼 内外流耦合 气动特性 CFD
【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】：2015
【分类号】：V211.52
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 国内外研究现状14-18
• 1.3 本文主要研究内容18-21
• 1.3.1 研究目标18-19
• 1.3.2 研究内容与研究思路19-20
• 1.3.3 创新点20-21
• 第二章 压力喷气旋翼桨叶管道内流流动特性研究21-39
• 2.1 引言21
• 2.2 基于CFD的压力喷气旋翼桨叶管道内流计算方法21-25
• 2.2.1 CFD简介21
• 2.2.2 CFD控制方程21-23
• 2.2.3 压力喷气旋翼桨叶管道内流CFD求解流程23-24
• 2.2.4 本文使用的CFD软件24-25
• 2.3 管内流动的主要影响因素分析25-38
• 2.3.1 管道摩擦作用25-27
• 2.3.2 桨尖喷口截面形状影响27-31
• 2.3.3 桨叶管道入口总压影响31-33
• 2.3.4 管道内气体温度影响33-35
• 2.3.5 旋翼转速影响35-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 桨尖喷流与旋翼外流耦合气动特性研究39-58
• 3.1 引言39
• 3.2 压力喷气旋翼外流CFD计算39-42
• 3.2.1 旋翼模型参数39
• 3.2.2 旋翼外流CFD计算模型39-41
• 3.2.3 旋翼外流CFD数值模拟结果41-42
• 3.3 压力喷气旋翼内外流耦合气动特性计算方法42-44
• 3.3.1 旋翼受力分析42
• 3.3.2 内外流耦合气动特性计算方法42-44
• 3.4 桨尖喷流与旋翼外流耦合研究44-53
• 3.4.1 旋翼模型参数44-45
• 3.4.2 内外流耦合CFD计算模型45-46
• 3.4.3 内外流耦合CFD数值模拟结果46-53
• 3.5 基于动量—叶素理论的压力喷气旋翼气动力计算方法53-56
• 3.5.1 动量—叶素理论53-55
• 3.5.2 动量—叶素理论与CFD方法计算结果对比55-56
• 3.6 本章小结56-58
• 第四章 压力喷气旋翼气动特性简化计算方法58-69
• 4.1 引言58
• 4.2 桨叶管道内流简化计算方法58-65
• 4.3 内外流耦合旋翼气动力简化计算方法65-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第五章 总结与展望69-70
• 5.1 全文总结69
• 5.2 后续工作展望69-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文74

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本文编号：1053958