基于CFD/CSD松耦合的直升机稳态飞行状态配平与载荷预估
发布时间：2022-12-07 20:20
准确预估旋翼载荷是直升机减振设计的基础,本文基于CFD/CSD松耦合方法对旋翼气动载荷和振动载荷进行预估,具有重要的理论与工程实用价值。本文主要针对旋翼CFD/CSD松耦合方法中的关键问题开展研究,主要工作包括:1)建立了基于旋翼中等变形梁气弹综合分析模型的CFD/CSD主控平台和松耦合流程,并以此建立了CFD/CSD松耦合的全机配平与增量迭代分析方法。耦合过程分为内外两层循环:外层循环通过解析配平方法启动计算并获得初始操纵量及旋翼姿态,内层循环通过旋翼空间有限元和时间有限元方法求解桨叶稳态周期解。将内层循环获得的旋翼力代入平衡方程组经过牛顿迭代寻求新的配平量,并将收敛的配平量和响应传递给CFD模块进行旋翼流场及气动载荷计算,回代的CFD气动力以增量的形式参与旋翼气弹耦合与配平的迭代。2)建立了基于OverCFD软件的CFD求解流程,并以此建立了可实现复杂运动关系的旋翼桨叶结构化嵌套网格系统,通过网格自适应参数细化或粗化旋翼近体网格和笛卡尔背景网格。在网格驱动中,桨叶的刚体运动通过组件及其重叠网格的运动来实现,组件及其网格运动位置更新后,需要重新进行网格挖洞和插值处理;而桨叶弹性变形则...
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 国内外研究现状分析
1.2.1 旋翼空气动力学
1.2.2 旋翼结构动力学模型
1.2.3 旋翼CFD/CSD耦合分析
1.3 本文主要研究内容
第二章 旋翼气弹综合分析模型
2.1 引言
2.2 旋翼结构模型
2.2.1 坐标系定义及弹性桨叶任意一点运动描述
2.2.2 旋翼桨叶气动载荷
2.2.3 旋翼桨叶运动方程
2.3 旋翼桨叶有限元模型
2.3.1 空间有限元法
2.3.2 旋翼桨叶固有模态计算
2.3.3 旋翼桨叶动响应计算
2.4 CSD模型算例验证
2.5 本章小结
第三章 旋翼流场CFD建模
3.1 引言
3.2 计算流体力学的基本原理
3.2.1 控制方程
3.2.2 边界条件
3.2.3 湍流模型
3.3 嵌套网格技术
3.3.1 网格挖洞
3.3.2 边界点插值
3.3.3 网格自适应方法
3.4 旋翼网格建立
3.4.1 旋翼桨叶贴体网格
3.4.2 旋翼系统背景网格
3.4.3 旋翼网格运动与变形
3.5 算例验证
3.6 本章小结
第四章 全机配平及旋翼CFD/CSD松耦合策略
4.1 引言
4.2 配平方法
4.2.1 解析配平
4.2.2 非定常气动模型
4.2.3 桨盘诱导速度
4.2.4 全机配平及松耦合方法
4.3 算例验证
4.3.1 SA349/2 直升机参数
4.3.2 SA349/2 耦合计算
4.3.3 SA349/2 直升机μ=0.14 和μ=0.36 状态的尾迹涡计算
4.4 本章小结
第五章 基于旋翼CFD/CSD松耦合方法的振动载荷预估
5.1 引言
5.2 桨叶剖面振动载荷计算
5.2.1 桨叶挥舞和摆振方向剪力和弯矩
5.2.2 桨叶扭转方向的扭转扭矩
5.3 SA349/2 低速前飞状态旋翼振动载荷求解
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 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
附录
附录 A:SA349/2 直升机气动载荷
附录 B:SA349/2 低速稳态前飞状态压力系数对比
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于非惯性系的悬停状态旋翼CFD/CSD耦合气动分析[J]. 肖宇,徐国华,招启军. 空气动力学学报. 2014(05)
[2]无轴承旋翼/减摆器的气动弹性力学研究[J]. 胡新宇,韩景龙. 中国矿业大学学报. 2008(04)
[3]计入桨叶运动的旋翼CFD网格设计技术[J]. 招启军,徐国华. 南京航空航天大学学报. 2004(03)
[4]直升机后掠桨尖旋翼气弹稳定性研究[J]. 杨卫东,邓景辉. 南京航空航天大学学报. 2003(03)
[5]直升机旋翼桨叶截面刚度的有限元计算[J]. 向锦武,张晓谷,赵翔. 航空动力学报. 1998(02)
[6]前飞状态直升机旋翼的自由尾迹计算[J]. 徐国华,王适存. 南京航空航天大学学报. 1997(06)
博士论文
[1]直升机复合材料桨叶动力学减振优化设计研究[D]. 陈琨.南京航空航天大学 2014
[2]基于CFD/CSD耦合的旋翼气动弹性数值模拟[D]. 陈龙.南京航空航天大学 2011
[3]新型桨尖弹性旋翼气动特性的Navier-Stokes方程数值模拟[D]. 徐广.南京航空航天大学 2010
[4]计入桨叶结构弹性的新型桨尖旋翼流场数值模拟研究[D]. 王海.南京航空航天大学 2010
硕士论文
[1]直升机稳态飞行状态旋翼振动载荷的CFD/CSD耦合分析方法[D]. 黄道博.南京航空航天大学 2016
[2]基于CFD/CSD耦合的旋翼振动载荷预估方法研究[D]. 李建东.南京航空航天大学 2015
[3]基于全本征方程的无铰式旋翼气动弹性分析方法[D]. 王博.南京航空航天大学 2015
[4]先进几何外形复合材料旋翼桨叶弹性剪裁方法研究[D]. 殷启波.南京航空航天大学 2014
[5]复合材料旋翼桨叶参数化建模与减振优化方法研究[D]. 曹冬冬.南京航空航天大学 2013
[6]旋翼振动载荷计算与分析[D]. 孙韬.南京航空航天大学 2010
本文编号：3712772
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 国内外研究现状分析
1.2.1 旋翼空气动力学
1.2.2 旋翼结构动力学模型
1.2.3 旋翼CFD/CSD耦合分析
1.3 本文主要研究内容
第二章 旋翼气弹综合分析模型
2.1 引言
2.2 旋翼结构模型
2.2.1 坐标系定义及弹性桨叶任意一点运动描述
2.2.2 旋翼桨叶气动载荷
2.2.3 旋翼桨叶运动方程
2.3 旋翼桨叶有限元模型
2.3.1 空间有限元法
2.3.2 旋翼桨叶固有模态计算
2.3.3 旋翼桨叶动响应计算
2.4 CSD模型算例验证
2.5 本章小结
第三章 旋翼流场CFD建模
3.1 引言
3.2 计算流体力学的基本原理
3.2.1 控制方程
3.2.2 边界条件
3.2.3 湍流模型
3.3 嵌套网格技术
3.3.1 网格挖洞
3.3.2 边界点插值
3.3.3 网格自适应方法
3.4 旋翼网格建立
3.4.1 旋翼桨叶贴体网格
3.4.2 旋翼系统背景网格
3.4.3 旋翼网格运动与变形
3.5 算例验证
3.6 本章小结
第四章 全机配平及旋翼CFD/CSD松耦合策略
4.1 引言
4.2 配平方法
4.2.1 解析配平
4.2.2 非定常气动模型
4.2.3 桨盘诱导速度
4.2.4 全机配平及松耦合方法
4.3 算例验证
4.3.1 SA349/2 直升机参数
4.3.2 SA349/2 耦合计算
4.3.3 SA349/2 直升机μ=0.14 和μ=0.36 状态的尾迹涡计算
4.4 本章小结
第五章 基于旋翼CFD/CSD松耦合方法的振动载荷预估
5.1 引言
5.2 桨叶剖面振动载荷计算
5.2.1 桨叶挥舞和摆振方向剪力和弯矩
5.2.2 桨叶扭转方向的扭转扭矩
5.3 SA349/2 低速前飞状态旋翼振动载荷求解
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 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
附录
附录 A:SA349/2 直升机气动载荷
附录 B:SA349/2 低速稳态前飞状态压力系数对比
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于非惯性系的悬停状态旋翼CFD/CSD耦合气动分析[J]. 肖宇,徐国华,招启军. 空气动力学学报. 2014(05)
[2]无轴承旋翼/减摆器的气动弹性力学研究[J]. 胡新宇,韩景龙. 中国矿业大学学报. 2008(04)
[3]计入桨叶运动的旋翼CFD网格设计技术[J]. 招启军,徐国华. 南京航空航天大学学报. 2004(03)
[4]直升机后掠桨尖旋翼气弹稳定性研究[J]. 杨卫东,邓景辉. 南京航空航天大学学报. 2003(03)
[5]直升机旋翼桨叶截面刚度的有限元计算[J]. 向锦武,张晓谷,赵翔. 航空动力学报. 1998(02)
[6]前飞状态直升机旋翼的自由尾迹计算[J]. 徐国华,王适存. 南京航空航天大学学报. 1997(06)
博士论文
[1]直升机复合材料桨叶动力学减振优化设计研究[D]. 陈琨.南京航空航天大学 2014
[2]基于CFD/CSD耦合的旋翼气动弹性数值模拟[D]. 陈龙.南京航空航天大学 2011
[3]新型桨尖弹性旋翼气动特性的Navier-Stokes方程数值模拟[D]. 徐广.南京航空航天大学 2010
[4]计入桨叶结构弹性的新型桨尖旋翼流场数值模拟研究[D]. 王海.南京航空航天大学 2010
硕士论文
[1]直升机稳态飞行状态旋翼振动载荷的CFD/CSD耦合分析方法[D]. 黄道博.南京航空航天大学 2016
[2]基于CFD/CSD耦合的旋翼振动载荷预估方法研究[D]. 李建东.南京航空航天大学 2015
[3]基于全本征方程的无铰式旋翼气动弹性分析方法[D]. 王博.南京航空航天大学 2015
[4]先进几何外形复合材料旋翼桨叶弹性剪裁方法研究[D]. 殷启波.南京航空航天大学 2014
[5]复合材料旋翼桨叶参数化建模与减振优化方法研究[D]. 曹冬冬.南京航空航天大学 2013
[6]旋翼振动载荷计算与分析[D]. 孙韬.南京航空航天大学 2010
本文编号：3712772
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