结冰粗糙度对旋翼气动特性影响的模拟研究

发布时间：2021-02-17 10:54

　　桨叶结冰会严重破坏旋翼气动性能,降低直升机的操纵性和稳定性,严重威胁直升机飞行安全,开展旋翼结冰机理及旋翼防/除冰相关问题的研究,具有重要的理论意义和实际价值。旋翼结冰时,桨叶表面不断堆积冰层,因为冰颗粒分布不均匀,形成了结冰粗糙度。这种粗糙度微元不仅会在局部范围内影响有关气动系数,也会继续影响后续旋翼结冰特性。因此,研究结冰现象以及结冰粗糙度对旋翼气动特性的影响具有研究的必要性。鉴于此,针对旋翼结冰数值模拟和结冰粗糙度影响的相关问题,开展了考虑结冰粗糙度的旋翼结冰计算分析。主要的研究工作包括:第一章,阐述了直升机旋翼结冰以及结冰粗糙度有关问题的研究背景,综述了直升机CFD方法、旋翼结冰数值模拟方法国内外研究现状,指出了目前研究仍存在的不足之处,提出了本文的研究内容及对应的研究方法。第二章,在网格生成上,发展了一套适用于旋翼非定常流场数值模拟的结构运动嵌套网格系统;针对结冰粗糙度引起的桨叶外形变化,发展了基于弹簧网格的桨叶网格重构方法;基于所建立的结构运动嵌套网格,构建了一套考虑结冰粗糙度的翼型/旋翼非定常流场数值模拟方法,为旋翼结冰预测及结冰粗糙度对旋翼气动特性的影响提供高精度的空气... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 飞机及旋翼结冰数值计算方法的进展
        1.2.2 结冰表面粗糙度相关问题的研究现状
    1.3 本文的解决方案及主要研究工作
第二章 网格生成与流场计算方法
    2.1 引言
    2.2 翼型网格生成方法及粗糙度生成策略
        2.2.1 翼型网格生成控制方程
        2.2.2 网格质量源项修正方法
        2.2.3 粗糙度生成策略
    2.3 桨叶参数化网格生成方法
    2.4 运动嵌套网格方法
    2.5 旋翼流场计算方法
        2.5.1 流场控制方程
        2.5.2 湍流模型
        2.5.3 高精度空间离散方法
        2.5.4 时间离散方法
        2.5.5 边界条件
    2.6 算例验证及对比
        2.6.1 翼型试验状态算例验证
        2.6.2 模拟结冰翼型的修改后NACA23012 翼型试验状态算例验证
        2.6.3 悬停状态下旋翼算例验证
    2.7 小结
第三章 结冰旋翼的数值模拟
    3.1 引言
    3.2 水滴撞击计算方法
        3.2.1 水滴流场控制方程
        3.2.2 边界条件
        3.2.3 局部收集系数求解
    3.3 结冰计算模型
        3.3.1 质量及能量守恒方程
        3.3.2 冻结系数的计算
        3.3.3 各项热流的计算
        3.3.4 对流换热系数的计算
        3.3.5 结冰模型的求解流程
    3.4 算例验证
        3.4.1 二维翼型水滴撞击特性计算
        3.4.2 二维翼型结冰特性计算
        3.4.3 旋翼三维结冰预测方法计算结果
    3.5 小结
第四章 结冰对翼型/旋翼气动特性的影响分析
    4.1 引言
    4.2 旋翼结冰特性研究
    4.3 结冰对翼型气动特性的影响
    4.4 悬停状态下结冰对旋翼气动特性的影响
    4.5 小结
第五章 结冰粗糙度对翼型/旋翼气动特性的影响分析
    5.1 引言
    5.2 粗糙度的不同设置
    5.3 带有结冰粗糙度的翼型气动特性影响分析
    5.4 结冰粗糙度对翼型气动特性的参数影响分析
        5.4.1 粗糙度微元尺寸影响
        5.4.2 粗糙度微元位置影响
        5.4.3 多个粗糙度微元的影响
    5.5 结冰粗糙度对旋翼桨叶气动特性分析
    5.6 结冰粗糙度对翼型结冰计算的影响分析
    5.7 小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文研究工作总结
    6.2 本文的特色及创新点
    6.3 展望
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]旋翼桨叶结冰对直升机飞行性能的影响[J]. 徐玉貌,吕少杰,曹义华,陈瑞.  航空动力学报. 2016(02)
[2]直升机旋翼防/除冰电加热控制律仿真[J]. 傅见平,庄伟亮,杨波,常士楠.  北京航空航天大学学报. 2014(09)
[3]翼型表面粗糙度对结冰的影响分析[J]. 霍西恒,常士楠.  航空工程进展. 2012(02)
[4]直升机旋翼积冰的数值模拟[J]. 钟国,曹义华,赵明.  北京航空航天大学学报. 2012(03)
[5]机翼结冰过程的数值模拟[J]. 杨胜华,林贵平.  航空动力学报. 2011(02)
[6]旋翼结冰对直升机飞行动力学特性的影响[J]. 李国知,曹义华.  航空学报. 2011(02)
[7]一种适合于旋翼涡流场计算的非结构自适应嵌套网格方法[J]. 叶靓,招启军,徐国华.  空气动力学学报. 2010(03)
[8]三维复杂表面水滴撞击特性计算[J]. 杨胜华,林贵平,申晓斌.  航空动力学报. 2010(02)
[9]翼型表面明冰的数值模拟[J]. 张强,曹义华,胡利.  航空动力学报. 2009(01)
[10]直升机旋翼桨叶防/除冰系统防护范围研究[J]. 常士楠,刘达经,袁修干.  航空动力学报. 2007(03)

博士论文
[1]直升机旋翼非定常动态失速的CFD模拟及其主动流动控制研究[D]. 赵国庆.南京航空航天大学 2015
[2]飞机积冰的数值计算与积冰试验相似准则研究[D]. 易贤.中国空气动力研究与发展中心 2007

硕士论文
[1]结冰风力机叶片的空气动力学特性数值研究[D]. 任鹏飞.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2014



本文编号：3037882