贴地飞行时直升机干扰流场及气动特性的CFD分析

发布时间：2017-11-08 14:04

  本文关键词：贴地飞行时直升机干扰流场及气动特性的CFD分析

  更多相关文章： 直升机 旋翼 地面效应 气动特性 配平分析 N-S方程 动量源方法 参数影响

【摘要】：直升机在起飞、进场阶段及执行特殊任务时均要经历贴地飞行状态,由于地面的阻塞效应,旋翼尾迹碰到地面后向上卷起,将引起直升机的气动力及操纵等显著变化。因此,深入进行贴地飞行状态下的直升机非定常干扰流场及旋翼气动性能研究具有重要的理论和实际意义。高效、高精度的求解直升机机身/旋翼/地面干扰流场是研究的关键所在,为此,本文建立了一套基于动量源模型的直升机贴地飞行流场CFD分析方法,提出了混合配平算法并应用于直升机配平分析中。运用所建立的分析方法,进行了不同前进比、不同离地高度等参数对直升机干扰流场及气动特性的影响计算,探索了直升机旋翼气动特性及操纵的变化规律。主要研究内容如下:第一章,作为前提与研究背景,首先介绍了研究直升机地面效应现象的重要意义、研究难点和国内外研究现状,阐述了CFD方法在地面效应现象数值模拟中的优势和计入直升机配平分析的必要性,并给出了本文的研究思路和主要研究内容。第二章,对比了不同类型网格的特点,综合考虑计算效率、计算精度以及贴地飞行干扰流场的特点,在机身附近生成三棱柱网格,远场区域生成四面体网格,建立了一套适用于直升机贴地飞行干扰流场数值模拟的非结构混合网格生成方法,并运用该方法生成了包含旋翼、直升机机体及地面环境的网格系统。第三章,以N-S方程为主控方程,建立了一套适用于直升机机身/旋翼/尾桨/地面干扰流场模拟的CFD方法,其中旋翼和尾桨对流场的作用采用动量源模型模拟,湍流模型采用一方程S-A模型,空间离散采用Jameson二阶中心差分方法,时间推进采用五步Runge-Kutta方法。在此基础上,分别进行了孤立旋翼、孤立机身、旋翼/机身干扰和旋翼/地面干扰等流场的数值模拟,验证了CFD方法的有效性。第四章,首先建立了直升机飞行力学模型,给出了直升机平衡方程。在此基础上,提出并建立了遗传算法/拟牛顿迭代的混合算法,结合第三章建立的高精度CFD方法,构建了耦合CFD方法的直升机混合配平分析方法。运用所建立的混合配平方法,分别对ROBIN旋翼/机身干扰模型和UH-60A直升机进行配平分析,并与试验值进行了对比,较好地模拟了直升机小速度功率突增现象,表明了配平分析方法的有效性。第五章,基于CFD方法和配平分析方法,建立了直升机贴地飞行干扰流场及气动特性的分析方法。运用该方法进行了旋翼拉力增益的数值计算,并与试验结果及理论公式进行对比,验证了分析方法的有效性。然后,进行了移动地面、倾斜地面对地面效应的影响研究,得到了一些有意义的结果。在此基础上,分别对不同离地高度、不同前进比下的旋翼/地面干扰流场、直升机旋翼/机身/尾桨/地面干扰流场等进行了数值计算,着重分析了直升机旋翼气动特性和操纵量随上述参数变化的影响规律,得出了一些有价值的结论。
【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】：2016
【分类号】：V211.52

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本文编号：1157416