直升机旋翼桨叶气动外形快速设计技术研究

发布时间：2020-05-24 19:18

【摘要】：旋翼桨叶设计工作复杂繁琐,设计周期长,设计人员工作强度大,因此桨叶快速设计技术研究备受关注。本文以桨叶快速设计为研究目的,分别对快速设计理论、平台搭建和参数化几何建模进行了研究,搭建了桨叶快速设计平台;引入非定常的气动力计算方法,建立了气动设计模块;辅以结构设计模块,完成了桨叶设计软件,并用算例验证了平台设计功能的有效性。首先,本文通过Windows Forms软件搭建平台窗口和控件,使用C#语言编写相关控件所对应的触发事件,同时研究平台与MATLAB、CATIA软件的连接与调用方法,实现桨叶快速设计平台的快速建模和快速计算的功能;其次,引入非定常气动方法进行桨叶气动设计,运用动态失速理论计算翼型的气动力和动态入流理论计算旋翼的诱导速度,继而编写气动力计算模型,完成对气动模块的搭建,并验证模块计算结果的有效性及实用性;然后,针对桨叶的设计要求,研究桨叶剖面结构的选取和其他参数的选取,并对设计出来的桨叶进行动力学分析,完成对结构设计模块的搭建;最后,运用CFD方法对桨叶流场及气动特性分析,采用滑移网格法计算旋翼在流场中各个时刻瞬时值,并计算桨叶各剖面前缘至后缘的压力系数,指出改善性能的方向。
【图文】：

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图 1.1 直升机桨叶结构及其组件示意图桨叶结构设计的早期研究通常假定桨叶是由各向同性材料构成，并引入线性的或剖面变形规律假设、欧拉-伯努利梁理论的变形前后剖面依旧为平面并与弹性轴正小应变假设或有限（中度或大程度）转动假设等，开展对桨叶的结构分析研究，系列的各向同性桨叶结构分析模型。随着复合材料在桨叶结构中的应用，桨叶的各向同性假设已不再适用，因而需要叶结构分析模型以适应复合材料对桨叶带来的新变化。1977 年，，Hegenier 和 Nair[8]建立了一种预扭的、剖面非均匀的展向同性桨叶结构出了复合材料桨叶非均匀剖面、自由扭转的圣维南解。该方法通过提出的桨叶剪缓慢变化、弹性轴平面各向同性以及承受单应力的假设，降低计算的自由度，简个独立的材料特性常量，使得应变能函数中只需两个非独立的材料特性常量。1979 年，Mansfield 和 Sobey[9]首次研究考虑弯曲、变距及扭转耦合的桨叶刚度特合材料桨叶结构简化成一个圆管，得出了桨叶的弯曲-拉伸-扭转刚度耦合分析模桨叶的气动弹性分析。不过这种模型结构相对比较简单，与真实桨叶相比相差较

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南京航空航天大学硕士学位论文第二章桨叶快速设计平台的搭建桨叶的设计流程，在搭建桨叶快速设计平台中可使用快速设计桨叶的自动化设计与自动化计算；实现桨叶三维几何建模的动化的主要任务是确定桨叶的外形、尺寸、内部结构及后续的何建模的主要任务是负责在三维建模软件中完成对桨叶的自快速设计平台的主要功能可概括为两大部分：快速计算功能和关系如图 2.1 所示。
【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】：2018
【分类号】：V211.52

【参考文献】