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基于多自由度涡环单元的旋翼动态尾迹建模研究

发布时间:2017-09-26 16:22

  本文关键词:基于多自由度涡环单元的旋翼动态尾迹建模研究


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【摘要】:直升机机动飞行实时仿真是研究直升机机动飞行特性的有效手段,它不仅要求所采用的直升机数学模型在机动飞行状态具备较高准确性,同时还需具备快速、实时的计算效率。针对这一需求,本文提出了一种新的基于多自由度涡环单元的旋翼动态尾迹模型,并开展了相关的验证和应用研究。该模型采用涡环单元来描述旋翼尾迹涡系,每个涡环具有7个自由度,可描述大机动飞行中尾迹的动态畸变行为,快速给出桨盘或空间任意区域的诱导速度分布,对于直升机机动飞行研究具有重要的应用价值。第一章,作为前提和背景,本文简要介绍了国内外对于旋翼入流/尾迹模型的研究现状,指出在通用性和计算效率上现有模型仍不能完全满足工程要求。第二章,提出了涡环单元描述的旋翼尾迹模型,建立了涡环单元的生成、运动和涡核扩散模型;研究了涡环单元尾迹模型数值稳定的时间步进算法;提出了涡环单元诱导速度快速计算方法。第三章,初步验证本文模型的有效性和正确性;在此基础上,将涡环单元尾迹模型拓展为包括旋翼内部涡系和双旋翼尾迹模型的两种情况;并采用试验数据对尾迹模型进行验证。第四章,将涡环单元尾迹模型与桨叶挥舞运动模型、翼型非定常气动力模型相结合,建立旋翼非定常气动力模型,并通过算例分析旋翼非定常气动特性。第五章,将涡环单元尾迹模型与已有飞行动力学模型耦合集成,与飞行试验数据的对比验证表明,本文建立的旋翼尾迹模型具有较高的准确性,可正确计算俯仰/滚转机动飞行中的异轴响应。
【关键词】:直升机 旋翼 尾迹 飞行动力学 空气动力学
【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】:2016
【分类号】:V212.4
【目录】:
  • 摘要4-5
  • ABSTRACT5-12
  • 注释表12-13
  • 第一章 绪论13-21
  • 1.1 研究背景、目的及意义13-14
  • 1.2 旋翼尾迹模型研究现状14-19
  • 1.2.1 入流模型14-16
  • 1.2.2 尾迹模型16-19
  • 1.2.3 入流/尾迹模型的主要问题19
  • 1.3 研究目的及主要研究工作19-21
  • 第二章 基于多自由度涡环单元的旋翼尾迹模型21-45
  • 2.1 引言21
  • 2.2 物理模型21-22
  • 2.3 动态涡环单元尾迹建模22-31
  • 2.3.1 基本坐标系确定22-23
  • 2.3.2 涡环单元运动方程23-26
  • 2.3.3 涡环单元生成机理26-30
  • 2.3.4 涡环单元涡核扩散模型30-31
  • 2.4 涡环单元尾迹模型的求解方法31-41
  • 2.4.1 涡环单元诱导速度快速计算方法31-34
  • 2.4.2 涡环单元尾迹的数学描述与时空离散34-35
  • 2.4.3 尾迹生成初始涡环单元格式讨论35-36
  • 2.4.4 涡环单元尾迹求解算法研究36-41
  • 2.5 旋翼尾迹模型计算效率41-44
  • 2.6 本章小结44-45
  • 第三章 尾迹模型的分析、拓展及验证45-64
  • 3.1 涡环单元尾迹模型算例及初步验证45-54
  • 3.1.1 动态入流模型与算例所需旋翼参数45-46
  • 3.1.2 稳定状态计算46-47
  • 3.1.3 拉力系数突增47-49
  • 3.1.4 俯仰角速度突增49-54
  • 3.2 包括内部涡系的涡环单元尾迹模型54-58
  • 3.2.1 旋翼尾迹模型建模54-55
  • 3.2.2 实验数据对比分析55-58
  • 3.3 共轴式双旋翼尾迹模型58-62
  • 3.3.1 共轴双旋翼尾迹结构59-61
  • 3.3.2 共轴双旋翼流场矢量61-62
  • 3.4 本章小结62-64
  • 第四章 机动飞行状态旋翼非定常气动力分析64-82
  • 4.1 旋翼非定常气动力建模64-70
  • 4.1.1 Leishman-Beddoes翼型非定常气动模型64-68
  • 4.1.2 计入旋翼轴角运动的桨叶挥舞运动方程68-70
  • 4.2 旋翼配平分析模型及计算70-74
  • 4.2.1 旋翼配平分析模型70-71
  • 4.2.2 旋翼模型设计参数与配平计算71-74
  • 4.3 旋翼动态响应验证与分析74-81
  • 4.3.1 验证算例74-76
  • 4.3.2 机动状态旋翼动态响应分析76-81
  • 4.4 本章小结81-82
  • 第五章 直升机配平分析与动态响应计算82-96
  • 5.1 直升机飞行动力学建模82-85
  • 5.1.1 机身六自由度运动方程82-83
  • 5.1.2 机身、平尾、垂尾、尾桨气动力计算83-85
  • 5.2 UH-60直升机设计参数85-86
  • 5.3 直升机配平分析与验证86-88
  • 5.3.1 涡环单元尾迹与旋翼、机体耦合配平86-87
  • 5.3.2 配平分析与验证87-88
  • 5.4 直升机动态响应计算与验证88-95
  • 5.4.1 涡环单元尾迹与旋翼、机体耦合动态响应计算88-89
  • 5.4.2 动态响应计算及验证89-95
  • 5.5 本章小结95-96
  • 第六章 总结与展望96-98
  • 6.1 本文的主要工作与结论96
  • 6.2 本文创新点96-97
  • 6.3 进一步研究工作设想97-98
  • 参考文献98-101
  • 致谢101-102
  • 在学期间的研究成果及发表的学术论文102

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 谭剑锋;王浩文;吴超;林长亮;;基于非定常面元/黏性涡粒子混合法的旋翼/平尾非定常气动干扰[J];航空学报;2014年03期

2 李攀;陈仁良;;旋翼桨尖涡模型及其参数确定方法研究[J];空气动力学学报;2009年03期

3 黄水林;徐国华;李春华;;基于自由尾迹方法的共轴式双旋翼流场分析[J];南京航空航天大学学报;2008年06期

4 黄水林;李春华;徐国华;;基于自由尾迹和升力面方法的双旋翼悬停气动干扰计算[J];空气动力学学报;2007年03期

5 王适存,徐国华;直升机旋翼空气动力学的发展[J];南京航空航天大学学报;2001年03期

6 赵景根,高正,徐国华;直升机旋翼/机身气动干扰的计算方法[J];南京航空航天大学学报;2000年04期

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8 楼武uz,王适存;尾涡数值模拟的曲涡元技术[J];空气动力学学报;1990年04期

9 孙茂;直升机机身对旋翼的干扰[J];航空学报;1988年03期



本文编号:924545

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