直升机尾桨气动及噪声特性的计算分析与降噪研究

发布时间：2019-09-13 03:13

【摘要】：尾桨气动特性和噪声特性的研究是直升机空气动力学领域的重要课题。本文将Navier-Stokes方程与FW-H方程相结合,建立了直升机旋翼(尾桨)气动及噪声特性的计算方法和模型。应用所建立的方法分别针对常规尾桨和剪刀式尾桨进行了气动及噪声特性的计算分析,并在此基础上进一步开展了剪刀式尾桨噪声的降噪方法研究,同时对比计算了有无旋翼干扰下的尾桨噪声特性。主要工作内容如下:作为背景和前提,本文首先介绍了论文的研究目的与意义,阐述了国内外的研究现状,并指出了现有研究中的不足之处,提出了本文的研究方法及开展的主要研究内容。在论文的第二章,根据旋翼(尾桨)的外形特点与运动特点,以嵌套网格为基础,基于Navier-Stokes方程建立了一套适合于直升机旋翼(尾桨)的流场计算方法。在该方法中,采用Roe格式进行空间离散,在双时间法中引进LU-SGS隐式格式进行时间离散,并与Spalart-Allmaras一方程湍流模型联立求解。然后,应用建立的流场计算方法,针对Caradonna-Tung旋翼悬停试验以及Helishape 7A旋翼前飞试验进行了流场算例计算,验证了该方法的有效性。在此基础之上,又以UH-1H直升机旋翼作为算例,对基于FW-H方程建立的噪声方法进行了验证计算,表明了该方法对噪声求解的准确性。应用本文所建立的方法,第三章首先计算了剪刀式尾桨悬停和前飞状态的气动及噪声特性,并与常规尾桨进行了对比,同时,针对剪刀式尾桨运动参数和桨叶外形参数对噪声的影响进行了分析,得到了一些有实际意义的结论。在第三章剪刀式尾桨桨叶外形参数对噪声影响分析的基础上,论文第四章又通过改变桨尖外形与桨尖段翼型厚度,对剪刀式尾桨降噪方法进行了较深入的研究。在此基础上,摸清了桨尖外形与桨尖段翼型厚度对剪刀式尾桨噪声影响的特点。为研究直升机旋翼气动干扰对尾桨噪声的影响,在第五章,又给出了一个用于旋翼/尾桨干扰计算的几何模型,然后针对有旋翼干扰的尾桨气动及噪声特性进行了计算与分析,并通过与孤立尾桨的对比,表明了旋翼对尾桨的干扰作用,同时还计算了前进比对有旋翼干扰的尾桨气动及噪声的影响规律。论文第六章,对本文主要研究工作及所得结论进行了总结,并指出了文中需要进一步完善之处,对后续研究提出了几点展望。
【图文】：

直升机,带尾,旋翼,图片

(c) AH-64 直升机（剪刀式尾桨） (d) 米-28 直升机（剪刀式尾桨）图 1.1 单旋翼带尾桨直升机（图片来源于网络）鉴于此，本文拟采用 CFD 与 FW-H 方程相结合的数值计算方法深入开展直升机尾桨气动噪声的研究。首先基于嵌套网格技术建立一种适用于尾桨流场计算的 CFD 方法，然后基于 FW-H方程的 Farassat 1A 时域公式给出一个尾桨噪声的计算模型。在此基础上，着重计算分析剪刀式

示意图,翼型,网格,二维

根据网格围绕翼型的不同方式，二维翼型网格可分为三种型式：C 型、O 型及 H 型，，而本文生成C型二维翼型网格。图2.1为通过本节方法所生成的C型二维翼型结构网格示意图。从图 2.1 中可以看出，针对对称翼型（NACA0012）和非对称翼型（OA209）所生成的二维网格具有一定的正交性，且在翼型表面附近可以进行控制性的加密以满足 N-S 方程对网格密度和质量的要求。(a) NACA0012 翼型网格(b) OA209 翼型网格图 2.1 生成的 C 型二维翼型网格示意图三维桨叶网格的生成是以二维翼型网格为基础，且可以在不同展向位置进行弦长、扭转、前后掠、上下反等变化，也可使用不同的翼型对桨叶进行多段翼型配置。根据桨叶桨尖处网格的不同处理方法，基于 C 型二维翼型网格生成的桨叶网格可分为 C-O 型和 C-H 型网格。图 2.2是本文生成的两种型式桨叶网格的示意图。从图 2.2(a)中可以看出，C-O 型网格桨尖（桨根）
【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】：V275.1

【参考文献】