舰船艉流场的控制及对直升机着舰飞行的影响研究

发布时间：2020-07-03 23:38

【摘要】：舰船艉流场的控制及对直升机着舰飞行影响研究对于提升舰载直升机的整体使用性能和拓展其使用范围具有十分重要的意义。本文建立了直升机/舰船耦合流场数值计算方法,在此基础上对飞行甲板上方耦合流场特性和旋翼气动特性进行了研究,并分析了不同流动控制方法对着舰飞行的影响。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和意义,概述了国内外关于着舰区域耦合流场和舰船艉流场流动控制方面的研究现状,指出了在该领域现有研究中存在的不足和难点,并提出了本文拟采用的研究技术途径。在论文的第二章,基于虚体旋翼模型(动量源方法)和实体旋翼模型(运动嵌套网格方法),本文建立了两种适用于直升机/舰船耦合流场数值计算的方法,并分别以SFS2舰船模型和Georgia Tech旋翼/机身干扰模型为验证算例,进行了网格无关性、孤立舰船艉流场和旋翼气动干扰的验证和分析。应用本文建立的计算方法,以非航空型舰船(LPD-17)和航空型舰船(LHA)为研究对象,分析了不同类型舰船甲板上方耦合流场特性,并对两种数值计算方法进行了定性和定量对比。同时,针对干扰更严重的LPD-17舰船,进行了舰船艉流场的非稳态特征及对直升机着舰飞行过程中旋翼气动特性影响研究。在第四章,本文基于舰船上层建筑的气动修改开展了舰船艉流场的被动流动控制研究,分析了舰船艉流场空间特征和时间特征的改变对直升机着舰飞行过程中旋翼整体性能和非定常扰动的影响,并对比了不同风向角情况下流动控制方法对耦合流场的控制效果。在直升机/舰船耦合流场数值计算结果的基础上,引入旋翼配平方法,分析在不同飞行环境、不同着舰飞行高度和不同风向角下,直升机侧飞过程中旋翼操纵量的变化趋势。并结合流动控制方法,研究着舰侧飞路径上旋翼桨盘平面处速度分布,并开展流动控制方法对旋翼性能和飞行安全的研究。最后,对全文的主要研究工作进行了总结,阐述了本文研究工作的创新点,并对下一步的研究工作进行了展望。
【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
【图文】：

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能在保证制海权的同时，具有低空范围内的制空权，海空一体防御使得舰载直升机成为各个国家的海防装备的研究重点[2]。凭借其灵活的起降方式，卓越的侦查和反侦察能力以及强大的低空作战能力，舰载直升机能在近海战争中占据主动位置。除了军事上的作用，舰载直升机在海上失事人员的搜救、急救物资的紧急运输和商用舰船的护航等任务中都能发挥重要的作用。正因为舰载直升机在国家海防领域和国民经济领域都担任着不可或缺的角色，临海国家都在研发不同类型的舰载直升机以满足各种类型的海上任务需求[3]。(a) 直-8 舰载直升机 (b) “海鹰”舰载直升机

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过程中的工作载荷。因此，本文将开展直升机/舰船耦合流场数值模拟计算，态特征对旋翼气动特性的影响。船艉流场流动控制研究艉流场的流动控制方法是能够改善直升机着舰气动环境和提升直升机着舰安动控制方法可以被分为被动控制方法和主动控制方法[42]，被动控制方法有多涡流发生器等，主动控制方法有空气射流和移动物面等。舰船艉流场可以简因此目前大部分舰船艉流场的流动控制研究都是通过对舰船上层建筑进行气控制的效果。艉流场的流动控制实质上是通过改变甲板上方的流场特征，从而间接地影响操纵性能，以达到提升直升机着舰安全的目标。对于流动控制方法来说，主改变甲板上方的流场特征：第一种是对流经甲板的空气流场进行限制或者过内脱落涡的能量等级或者减小相关频域内速度非定常波动的量级；另一种则的着舰路线，将不利于直升机操纵的流场特征，如回流区、甲板舷涡等偏转.2 和表 1.1 给出了流动控制方法的简单介绍[5]。

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