直升机/舰船耦合流场的CFD模拟及风限图计算
发布时间：2020-12-09 19:35
舰载直升机的着舰域流场、动态着舰过程和起降风限图的研究是直升机空气动力学和飞行动力学领域的重要课题。本文一方面开展了适用于舰载直升机着舰域耦合流场分析的CFD方法研究,并尝试提出一种新的可用于直升机动态着舰流场分析的模型,称之为“嵌套作用盘”模型。另一方面,建立了一个耦合作用盘CFD方法的舰载直升机配平计算模型,并在此基础上深入地开展了直升机着舰风限图的计算与分析。主要研究内容如下:作为前提和背景,本文首先阐述了论文的研究目的,概述了舰载直升机着舰域流场和直升机起降风限图的国内外研究现状,指出了目前该领域研究方法的不足及技术难点,并提出了本文拟采用的研究途径。在第二章,结合舰船尾流与旋翼流场的特点,基于作用盘和运动嵌套网格方法,分别建立了两种适合于直升机着舰域耦合流场分析的数值计算模型,并进行了相关算例计算,验证了方法的有效性。然后,应用所建立的直升机着舰域流场CFD计算方法,深入开展了舰船尾流场的气动特性研究,着重分析了有无上层建筑物以及风向角的变化对舰船尾流场的影响。同时,针对舰载直升机着舰域耦合流场的干扰特性进行了计算分析,并对作用盘及运动嵌套网格两种方法的计算结果进行了对比,得...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
世界典型舰载直升机机型（图片来自网络）
（a）在 YP676 舰船甲板上安装超声风速仪 （b）甲板上方直升机旋翼下洗流测速试验图 1.2 实船测量方法（图片来源网络）风洞试验在舰船尾流场的研究中应用已比较广泛，国内外都开展了不少相关研究工作。相比于实船测量，风洞试验的方法安全性高且不受天气因素的干扰。不过由于其采用缩比模型，达不到实船测量环境下的雷诺数，无法完全还原真实流场；而且风洞壁的存在以及测量传感器的影响都会带来一定的试验误差。（a）直升机近甲板平面的 PIV 测量试验[9]（b）YP676 舰船模型 12 孔探针测速试验[10]
直升机/舰船耦合流场的 CFD 模拟及风限图计算方法，该方法不能较真实地反映着舰域流场的信息，但也能对着舰流场做一些定性分析。不过，国外最近有少量研究采用所谓的“双向耦合”方法[23]开展着舰域流场模拟，即在整个计算过程中实时地交换舰船尾流与直升机的流场信息，以便能真实地反映着舰域空气流场特性。鉴于此，本文也将采用“双向耦合”方法来分析舰/机耦合状态的着舰域流场特性。该方法的实现以 CFD 商业软件为基础，采用作用盘以及嵌套网格模型分别模拟旋翼的作用。与先前工作不同的是，本文还针对舰载直升机动态着舰过程开展研究，为了实现对时间跨度较长的动态着舰过程的模拟，将作用盘方法和运动嵌套网格方法相结合，提出了一种新的计算模型——“嵌套作用盘”模型（第四章将详细论述），该模型可实时地模拟动态着舰过程中流场信息的变化。1.2.2 舰载直升机安全着舰风限图的研究舰载直升机的起降风限图是另一个重要研究方面。直升机在舰船甲板起降比陆地环境下要复杂很多，对于某一特定的直升机和舰船组合，在不同的昼夜环境、海况条件和不同的进场方式下，直升机在相应舰船上起降时不同风速、不同风向的最大安全包络线，即为风限图[31]。如图 1.5 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]机库门开合对舰载直升机着舰域流场的影响研究[J]. 黄斌,徐国华,史勇杰. 南京航空航天大学学报. 2015(02)
[2]基于黎曼不变量的P-M流动边界条件分析[J]. 雷燕,卢文科,李媛媛. 武汉大学学报(理学版). 2014(04)
[3]护卫舰气流场数值计算研究[J]. 郜冶,刘长猛. 哈尔滨工程大学学报. 2013(05)
[4]舰载机着舰过程的舰尾气流场数值仿真分析[J]. 吕开东,李新飞,姜迈,朱齐丹. 飞行力学. 2013(01)
[5]某型舰载直升机着舰风限图的计算[J]. 章晓冬,侯志强,胡国才,刘志鹏. 四川兵工学报. 2012(10)
[6]典型舰艇空气尾流特性分析[J]. 陈继祥,朱旭程,王强,刘济民. 海军航空工程学院学报. 2012(05)
[7]涡判据在孔腔涡旋流动拓扑结构分析中的应用[J]. 胡子俊,张楠,姚惠之,杨子轩. 船舶力学. 2012(08)
[8]舰船舰面空气流场的CFD数值模拟探讨[J]. 曲飞,陆超,姜治芳,王涛. 中国舰船研究. 2009(05)
[9]不同工况条件对舰船舰面空气流场的影响[J]. 陆超,姜治芳,王涛. 舰船科学技术. 2009(09)
[10]世界舰载直升机的现状与发展[J]. 崔翰明,许建华,曾庆吉,孙虎. 直升机技术. 2009(02)
硕士论文
[1]复合式共轴刚性旋翼直升机气动干扰及飞行特性分析[D]. 张银.南京航空航天大学 2014
本文编号：2907374
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
世界典型舰载直升机机型（图片来自网络）
（a）在 YP676 舰船甲板上安装超声风速仪 （b）甲板上方直升机旋翼下洗流测速试验图 1.2 实船测量方法（图片来源网络）风洞试验在舰船尾流场的研究中应用已比较广泛，国内外都开展了不少相关研究工作。相比于实船测量，风洞试验的方法安全性高且不受天气因素的干扰。不过由于其采用缩比模型，达不到实船测量环境下的雷诺数，无法完全还原真实流场；而且风洞壁的存在以及测量传感器的影响都会带来一定的试验误差。（a）直升机近甲板平面的 PIV 测量试验[9]（b）YP676 舰船模型 12 孔探针测速试验[10]
直升机/舰船耦合流场的 CFD 模拟及风限图计算方法，该方法不能较真实地反映着舰域流场的信息，但也能对着舰流场做一些定性分析。不过，国外最近有少量研究采用所谓的“双向耦合”方法[23]开展着舰域流场模拟，即在整个计算过程中实时地交换舰船尾流与直升机的流场信息，以便能真实地反映着舰域空气流场特性。鉴于此，本文也将采用“双向耦合”方法来分析舰/机耦合状态的着舰域流场特性。该方法的实现以 CFD 商业软件为基础，采用作用盘以及嵌套网格模型分别模拟旋翼的作用。与先前工作不同的是，本文还针对舰载直升机动态着舰过程开展研究，为了实现对时间跨度较长的动态着舰过程的模拟，将作用盘方法和运动嵌套网格方法相结合，提出了一种新的计算模型——“嵌套作用盘”模型（第四章将详细论述），该模型可实时地模拟动态着舰过程中流场信息的变化。1.2.2 舰载直升机安全着舰风限图的研究舰载直升机的起降风限图是另一个重要研究方面。直升机在舰船甲板起降比陆地环境下要复杂很多，对于某一特定的直升机和舰船组合，在不同的昼夜环境、海况条件和不同的进场方式下，直升机在相应舰船上起降时不同风速、不同风向的最大安全包络线，即为风限图[31]。如图 1.5 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]机库门开合对舰载直升机着舰域流场的影响研究[J]. 黄斌,徐国华,史勇杰. 南京航空航天大学学报. 2015(02)
[2]基于黎曼不变量的P-M流动边界条件分析[J]. 雷燕,卢文科,李媛媛. 武汉大学学报(理学版). 2014(04)
[3]护卫舰气流场数值计算研究[J]. 郜冶,刘长猛. 哈尔滨工程大学学报. 2013(05)
[4]舰载机着舰过程的舰尾气流场数值仿真分析[J]. 吕开东,李新飞,姜迈,朱齐丹. 飞行力学. 2013(01)
[5]某型舰载直升机着舰风限图的计算[J]. 章晓冬,侯志强,胡国才,刘志鹏. 四川兵工学报. 2012(10)
[6]典型舰艇空气尾流特性分析[J]. 陈继祥,朱旭程,王强,刘济民. 海军航空工程学院学报. 2012(05)
[7]涡判据在孔腔涡旋流动拓扑结构分析中的应用[J]. 胡子俊,张楠,姚惠之,杨子轩. 船舶力学. 2012(08)
[8]舰船舰面空气流场的CFD数值模拟探讨[J]. 曲飞,陆超,姜治芳,王涛. 中国舰船研究. 2009(05)
[9]不同工况条件对舰船舰面空气流场的影响[J]. 陆超,姜治芳,王涛. 舰船科学技术. 2009(09)
[10]世界舰载直升机的现状与发展[J]. 崔翰明,许建华,曾庆吉,孙虎. 直升机技术. 2009(02)
硕士论文
[1]复合式共轴刚性旋翼直升机气动干扰及飞行特性分析[D]. 张银.南京航空航天大学 2014
本文编号：2907374
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/2907374.html
