共轴刚性旋翼气动布局优化及噪声特性研究
发布时间：2023-04-22 16:07
常规单旋翼带尾桨构型的直升机由于存在前行桨叶激波和后行桨叶动态失速等限制因素,无法实现高速飞行。共轴式刚性双旋翼直升机省去了用于平衡反扭矩的尾桨,提高了功率利用效率,并通过对后行桨叶进行卸载,充分发挥了前行桨叶的升力潜能,突破了常规构型直升机大速度飞行时旋翼的气动约束,使得共轴刚性旋翼直升机具备高速飞行的能力,因此成为了当前国际直升机领域的研究热点。然而,共轴刚性旋翼独特的运转模式和飞行状态使得其气动环境比常规构型旋翼复杂,这给共轴刚性旋翼的流场干扰现象、气动和噪声特性的研究带来了较大难度。鉴于此,首先,基于运动嵌套网格技术和可压RANS方程发展了一套适用于共轴刚性旋翼流场的CFD方法,继而采用FW-H方程发展了适用于共轴刚性旋翼声场的计算方法;然后,进行了悬停和前飞状态共轴刚性旋翼流场干扰机理、气动和噪声特性的计算分析;最后,基于建立的高效组合优化方法,开展了共轴刚性旋翼桨叶气动布局优化设计研究。主要研究工作包括以下几个方面:作为前提和背景,本文首先阐述了论文的研究目的和意义,针对复合式高速直升机、共轴刚性旋翼流场及气动噪声特性的计算方法、旋翼气动布局设计等国内外研究现状进行了概述,...
【文章页数】：214 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究概况
1.2.1 复合式高速直升机的发展概述
1.2.2 共轴旋翼流场研究方法的进展
1.2.3 共轴旋翼声场研究方法的进展
1.2.4 共轴旋翼气动布局设计的进展
1.3 本文的主要研究工作
第二章 共轴刚性旋翼嵌套网格生成及流场数值模拟方法
2.1 引言
2.2 旋翼网格生成方法
2.2.1 二维翼型网格生成
2.2.2 桨叶网格参数化生成方法
2.2.3 背景网格生成
2.3 共轴刚性旋翼嵌套网格系统
2.3.1 改进的洞单元识别方法
2.3.2 贡献单元搜索方法
2.3.3 流场信息传递算法
2.4 流场数值模拟方法
2.4.1 流场控制方程
2.4.2 空间离散方法
2.4.3 时间推进方法
2.4.4 边界条件
2.4.5 配平方案
2.5 算例验证
2.5.1 桨尖涡涡核位置模拟
2.5.2 桨-涡干扰状态气动特性计算
2.5.3 高速前飞状态气动特性计算
2.5.4 共轴双旋翼气动特性计算
2.6 小结
第三章 悬停状态共轴刚性旋翼气动特性和桨叶外形参数影响分析
3.1 引言
3.2 旋翼模型和计算状态
3.3 涡干扰流场模拟
3.3.1 桨尖涡尾迹
3.3.2 旋翼之间的相互影响
3.4 气动特性分析
3.5 不同拉力时的共轴旋翼气动性能
3.6 后掠桨尖旋翼的影响规律
3.6.1 后掠角度的影响
3.6.2 后掠起始位置的影响
3.7 尖削变弦长桨叶旋翼的影响规律
3.8 小结
第四章 前飞状态共轴刚性旋翼气动特性和桨叶外形参数影响分析
4.1 引言
4.2 旋翼模型和计算状态
4.3 气动特性分析
4.4 不同前飞速度时的共轴旋翼气动性能
4.5 升力偏置量对共轴旋翼气动性能的影响
4.6 后掠桨尖旋翼的影响规律
4.6.1 后掠角度的影响
4.6.2 后掠起始位置的影响
4.7 尖削变弦长桨叶旋翼的影响规律
4.8 小结
第五章 共轴刚性旋翼气动噪声计算方法和噪声特性分析
5.1 引言
5.2 气动噪声计算方法
5.2.1 基于FW-H方程的气动噪声计算模型
5.2.2 基于时域解的FW-H方程求解公式
5.2.3 共轴旋翼气动噪声计算流程图
5.3 算例验证
5.3.1 UH-1H旋翼悬停状态气动噪声计算
5.3.2 AH-1G旋翼前飞状态气动噪声计算
5.4 旋翼跨音速噪声特性分析
5.4.1 跨音速噪声产生机理
5.4.2 后掠桨尖的影响分析
5.4.3 前掠桨尖的影响分析
5.4.4 尖削桨尖的影响分析
5.5 悬停状态共轴刚性旋翼气动噪声特性
5.5.1 声压时间历程
5.5.2 频谱特性
5.6 前飞状态共轴刚性旋翼气动噪声特性
5.6.1 声压时间历程
5.6.2 频谱特性
5.7 小结
第六章 共轴刚性旋翼气动布局优化设计方法及应用
6.1 引言
6.2 优化设计方法
6.2.1 代理模型方法
6.2.2 组合优化方法
6.3 旋翼低噪声桨尖外形优化设计
6.3.1 桨尖形状参数化方法
6.3.2 优化过程
6.3.3 优化桨尖结果分析
6.4 剪刀式尾桨构型参数优化设计
6.4.1 剪刀式尾桨构型参数
6.4.2 优化过程
6.4.3 优化尾桨结果分析
6.5 高性能共轴刚性旋翼桨叶平面外形优化设计
6.5.1 平面外形参数化方法
6.5.2 优化过程
6.5.3 优化桨叶共轴旋翼结果分析
6.6 小结
第七章 研究工作总结及展望
7.1 本文研究工作总结
7.2 本文的主要创新点
7.3 进一步的研究工作及展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
攻读博士学位期间发表（录用）论文情况
计算机软件著作权
在学期间所获奖励
本文编号：3797971
【文章页数】：214 页
【学位级别】：博士
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摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究概况
1.2.1 复合式高速直升机的发展概述
1.2.2 共轴旋翼流场研究方法的进展
1.2.3 共轴旋翼声场研究方法的进展
1.2.4 共轴旋翼气动布局设计的进展
1.3 本文的主要研究工作
第二章 共轴刚性旋翼嵌套网格生成及流场数值模拟方法
2.1 引言
2.2 旋翼网格生成方法
2.2.1 二维翼型网格生成
2.2.2 桨叶网格参数化生成方法
2.2.3 背景网格生成
2.3 共轴刚性旋翼嵌套网格系统
2.3.1 改进的洞单元识别方法
2.3.2 贡献单元搜索方法
2.3.3 流场信息传递算法
2.4 流场数值模拟方法
2.4.1 流场控制方程
2.4.2 空间离散方法
2.4.3 时间推进方法
2.4.4 边界条件
2.4.5 配平方案
2.5 算例验证
2.5.1 桨尖涡涡核位置模拟
2.5.2 桨-涡干扰状态气动特性计算
2.5.3 高速前飞状态气动特性计算
2.5.4 共轴双旋翼气动特性计算
2.6 小结
第三章 悬停状态共轴刚性旋翼气动特性和桨叶外形参数影响分析
3.1 引言
3.2 旋翼模型和计算状态
3.3 涡干扰流场模拟
3.3.1 桨尖涡尾迹
3.3.2 旋翼之间的相互影响
3.4 气动特性分析
3.5 不同拉力时的共轴旋翼气动性能
3.6 后掠桨尖旋翼的影响规律
3.6.1 后掠角度的影响
3.6.2 后掠起始位置的影响
3.7 尖削变弦长桨叶旋翼的影响规律
3.8 小结
第四章 前飞状态共轴刚性旋翼气动特性和桨叶外形参数影响分析
4.1 引言
4.2 旋翼模型和计算状态
4.3 气动特性分析
4.4 不同前飞速度时的共轴旋翼气动性能
4.5 升力偏置量对共轴旋翼气动性能的影响
4.6 后掠桨尖旋翼的影响规律
4.6.1 后掠角度的影响
4.6.2 后掠起始位置的影响
4.7 尖削变弦长桨叶旋翼的影响规律
4.8 小结
第五章 共轴刚性旋翼气动噪声计算方法和噪声特性分析
5.1 引言
5.2 气动噪声计算方法
5.2.1 基于FW-H方程的气动噪声计算模型
5.2.2 基于时域解的FW-H方程求解公式
5.2.3 共轴旋翼气动噪声计算流程图
5.3 算例验证
5.3.1 UH-1H旋翼悬停状态气动噪声计算
5.3.2 AH-1G旋翼前飞状态气动噪声计算
5.4 旋翼跨音速噪声特性分析
5.4.1 跨音速噪声产生机理
5.4.2 后掠桨尖的影响分析
5.4.3 前掠桨尖的影响分析
5.4.4 尖削桨尖的影响分析
5.5 悬停状态共轴刚性旋翼气动噪声特性
5.5.1 声压时间历程
5.5.2 频谱特性
5.6 前飞状态共轴刚性旋翼气动噪声特性
5.6.1 声压时间历程
5.6.2 频谱特性
5.7 小结
第六章 共轴刚性旋翼气动布局优化设计方法及应用
6.1 引言
6.2 优化设计方法
6.2.1 代理模型方法
6.2.2 组合优化方法
6.3 旋翼低噪声桨尖外形优化设计
6.3.1 桨尖形状参数化方法
6.3.2 优化过程
6.3.3 优化桨尖结果分析
6.4 剪刀式尾桨构型参数优化设计
6.4.1 剪刀式尾桨构型参数
6.4.2 优化过程
6.4.3 优化尾桨结果分析
6.5 高性能共轴刚性旋翼桨叶平面外形优化设计
6.5.1 平面外形参数化方法
6.5.2 优化过程
6.5.3 优化桨叶共轴旋翼结果分析
6.6 小结
第七章 研究工作总结及展望
7.1 本文研究工作总结
7.2 本文的主要创新点
7.3 进一步的研究工作及展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
攻读博士学位期间发表（录用）论文情况
计算机软件著作权
在学期间所获奖励
本文编号：3797971
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3797971.html
