直升机旋翼降噪设计与全机噪声特性分析

发布时间：2022-04-17 21:01

　　直升机因其独特的飞行方式在军用和民用领域具有广泛的应用和广阔的前景。但是,噪声污染问题是直升机的短板,低噪声旋翼设计和直升机全机噪声预估也成为直升机空气动力学领域的重要课题。本文首先建立了适用于直升机旋翼（尾桨）非定常流场的数值计算方法和气动噪声计算方法,在此基础上研究旋翼桨尖几何特征对旋翼气动性能和噪声水平的影响规律并提出了低噪声旋翼的设计方案。最后,考虑空气对声波的吸收作用,计算直升机简化模型的地面声场。本文研究工作包括以下几个方面:作为研究背景,首先综述了直升机旋翼气动计算、噪声计算和降噪设计的国内外研究工作,指出了当前研究的不足以及面临的困难,提出了本文的研究内容和研究方法。针对直升机旋翼（尾桨）桨叶的几何特征,建立了高效的桨叶参数化贴体网格生成方法。为准确地描述桨叶运动,建立了以挖洞和贡献单元搜索为核心技术的运动重叠网格方法。在此基础上,建立了基于FW-H方程的旋翼气动噪声计算方法。然后,开发了旋翼（尾桨）非定常流场的CFD求解器和气动噪声计算程序。将程序计算结果与标准算例进行对比,验证了方法和程序的有效性。以具有5片矩形桨叶、标准弦长为0.42m、展弦比为17.62的旋翼为... 

【文章页数】：104 页

【学位级别】：硕士

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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 旋翼气动和噪声计算方法的研究
        1.2.2 旋翼降噪设计和全机噪声预估的研究
    1.3 本文主要研究内容
第二章 旋翼(尾桨)非定常流场数值计算及噪声计算方法
    2.1 引言
    2.2 网格系统
        2.2.1 参数化桨叶贴体网格生成方法
        2.2.2 基于重叠网格技术的桨叶运动描述
    2.3 流场数值计算方法
        2.3.1 Navier-Stokes方程
        2.3.2 Navier-Stokes方程的空间离散方法
        2.3.3 Navier-Stokes方程的时间离散方法
        2.3.4 初始条件和边界条件
        2.3.5 k-omega SST湍流模型
        2.3.6 非定常流场数值计算具体步骤
    2.4 流场数值计算方法的算例验证
        2.4.1 悬停状态旋翼算例验证
        2.4.2 前飞状态旋翼算例验证
    2.5 旋翼(尾桨)气动噪声计算方法
        2.5.1 基于FW-H方程的F1A公式
        2.5.2 延迟时间及Doppler效应
        2.5.3 气动噪声计算具体步骤
    2.6 气动噪声计算方法的算例验证
    2.7 本章小结
第三章 桨尖几何特征对旋翼气动和噪声的影响规律
    3.1 引言
    3.2 参考旋翼和噪声观测点分布
    3.3 桨尖尖削对旋翼气动和噪声的影响
        3.3.1 尖削开始位置的影响
        3.3.2 尖削比的影响
        3.3.3 桨尖尖削影响规律总结
    3.4 桨尖后掠对旋翼气动和噪声的影响
        3.4.1 后掠开始位置的影响
        3.4.2 后掠角的影响
        3.4.3 桨尖后掠影响规律总结
    3.5 桨尖下反对旋翼气动和噪声的影响
        3.5.1 下反开始位置的影响
        3.5.2 下反角的影响
        3.5.3 桨尖下反影响规律总结
    3.6 本章小结
第四章 低噪声旋翼设计方案及性能分析
    4.1 引言
    4.2 低噪声旋翼桨叶设计思路
    4.3 新型桨尖桨叶气动计算的网格系统
    4.4 桨叶气动外形改进方案
        4.4.1 原始桨叶设计方案
        4.4.2 改进桨叶设计方案方案
    4.5 低噪声旋翼性能分析
        4.5.1 悬停状态时旋翼性能分析
        4.5.2 前飞状态时旋翼性能分析
    4.6 本章小结
第五章 计入旋翼和尾桨的直升机全机噪声特性分析
    5.1 引言
    5.2 用于直升机全机噪声计算的简化模型
        5.2.1 简化模型
        5.2.2 旋翼/尾桨流场数值计算的网格系统
        5.2.3 飞行状态和地面观测点分布
    5.3 旋翼噪声和尾桨噪声在总噪声中的占比
    5.4 空气吸收作用对远场噪声影响
        5.4.1 空气吸收作用的基本理论
    5.5 直升机全机噪声预估和地面声场
        5.5.1 低速前飞状态时旋翼尾桨干扰对噪声的影响
        5.5.2 中速前飞状态时旋翼尾桨干扰对噪声的影响
        5.5.3 直升机全机噪声地面声场
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文研究工作的总结
    6.2 本文研究工作的创新点
    6.3 后续研究工作与展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]直升机旋翼/尾桨/垂尾气动干扰计算研究[J]. 叶舟,徐国华,史勇杰.  航空学报. 2015(09)
[2]改进型CLOR桨尖旋翼气动特性试验研究及数值分析[J]. 王博,招启军,赵国庆,徐国华.  航空学报. 2013(02)
[3]基于Navier-Stokes方程/自由尾迹/全位势方程的旋翼流场模拟混合方法[J]. 招启军,徐国华.  空气动力学学报. 2006(01)
[4]基于运动嵌套网格的前飞旋翼绕流N-S方程数值计算[J]. 杨爱明,乔志德.  航空学报. 2001(05)
[5]直升机旋翼空气动力学的发展[J]. 王适存,徐国华.  南京航空航天大学学报. 2001(03)
[6]预测直升机旋翼气动噪声的新方法[J]. 王立群,符松,宋文萍.  工程力学. 2000(02)
[7]旋翼定常流场的欧拉方程计算[J]. 王立群,乔志德,张茹.  计算物理. 1997(06)
[8]升力螺旋桨在桨盘上的诱导速度分布[J]. 王适存.  力学学报. 1964(03)

博士论文
[1]基于CFD方法的先进旋翼气动特性数值模拟及优化研究[D]. 王博.南京航空航天大学 2012
[2]直升机旋翼气动噪声的计算及降噪方法研究[D]. 王阳.南京航空航天大学 2010



本文编号：3646242