發(fā)布時(shí)間：2017-11-08 14:04

  本文關(guān)鍵詞：貼地飛行時(shí)直升機(jī)干擾流場(chǎng)及氣動(dòng)特性的CFD分析

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【摘要】：直升機(jī)在起飛、進(jìn)場(chǎng)階段及執(zhí)行特殊任務(wù)時(shí)均要經(jīng)歷貼地飛行狀態(tài),由于地面的阻塞效應(yīng),旋翼尾跡碰到地面后向上卷起,將引起直升機(jī)的氣動(dòng)力及操縱等顯著變化。因此,深入進(jìn)行貼地飛行狀態(tài)下的直升機(jī)非定常干擾流場(chǎng)及旋翼氣動(dòng)性能研究具有重要的理論和實(shí)際意義。高效、高精度的求解直升機(jī)機(jī)身/旋翼/地面干擾流場(chǎng)是研究的關(guān)鍵所在,為此,本文建立了一套基于動(dòng)量源模型的直升機(jī)貼地飛行流場(chǎng)CFD分析方法,提出了混合配平算法并應(yīng)用于直升機(jī)配平分析中。運(yùn)用所建立的分析方法,進(jìn)行了不同前進(jìn)比、不同離地高度等參數(shù)對(duì)直升機(jī)干擾流場(chǎng)及氣動(dòng)特性的影響計(jì)算,探索了直升機(jī)旋翼氣動(dòng)特性及操縱的變化規(guī)律。主要研究?jī)?nèi)容如下:第一章,作為前提與研究背景,首先介紹了研究直升機(jī)地面效應(yīng)現(xiàn)象的重要意義、研究難點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,闡述了CFD方法在地面效應(yīng)現(xiàn)象數(shù)值模擬中的優(yōu)勢(shì)和計(jì)入直升機(jī)配平分析的必要性,并給出了本文的研究思路和主要研究?jī)?nèi)容。第二章,對(duì)比了不同類(lèi)型網(wǎng)格的特點(diǎn),綜合考慮計(jì)算效率、計(jì)算精度以及貼地飛行干擾流場(chǎng)的特點(diǎn),在機(jī)身附近生成三棱柱網(wǎng)格,遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域生成四面體網(wǎng)格,建立了一套適用于直升機(jī)貼地飛行干擾流場(chǎng)數(shù)值模擬的非結(jié)構(gòu)混合網(wǎng)格生成方法,并運(yùn)用該方法生成了包含旋翼、直升機(jī)機(jī)體及地面環(huán)境的網(wǎng)格系統(tǒng)。第三章,以N-S方程為主控方程,建立了一套適用于直升機(jī)機(jī)身/旋翼/尾槳/地面干擾流場(chǎng)模擬的CFD方法,其中旋翼和尾槳對(duì)流場(chǎng)的作用采用動(dòng)量源模型模擬,湍流模型采用一方程S-A模型,空間離散采用Jameson二階中心差分方法,時(shí)間推進(jìn)采用五步Runge-Kutta方法。在此基礎(chǔ)上,分別進(jìn)行了孤立旋翼、孤立機(jī)身、旋翼/機(jī)身干擾和旋翼/地面干擾等流場(chǎng)的數(shù)值模擬,驗(yàn)證了CFD方法的有效性。第四章,首先建立了直升機(jī)飛行力學(xué)模型,給出了直升機(jī)平衡方程。在此基礎(chǔ)上,提出并建立了遺傳算法/擬牛頓迭代的混合算法,結(jié)合第三章建立的高精度CFD方法,構(gòu)建了耦合CFD方法的直升機(jī)混合配平分析方法。運(yùn)用所建立的混合配平方法,分別對(duì)ROBIN旋翼/機(jī)身干擾模型和UH-60A直升機(jī)進(jìn)行配平分析,并與試驗(yàn)值進(jìn)行了對(duì)比,較好地模擬了直升機(jī)小速度功率突增現(xiàn)象,表明了配平分析方法的有效性。第五章,基于CFD方法和配平分析方法,建立了直升機(jī)貼地飛行干擾流場(chǎng)及氣動(dòng)特性的分析方法。運(yùn)用該方法進(jìn)行了旋翼拉力增益的數(shù)值計(jì)算,并與試驗(yàn)結(jié)果及理論公式進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了分析方法的有效性。然后,進(jìn)行了移動(dòng)地面、傾斜地面對(duì)地面效應(yīng)的影響研究,得到了一些有意義的結(jié)果。在此基礎(chǔ)上,分別對(duì)不同離地高度、不同前進(jìn)比下的旋翼/地面干擾流場(chǎng)、直升機(jī)旋翼/機(jī)身/尾槳/地面干擾流場(chǎng)等進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,著重分析了直升機(jī)旋翼氣動(dòng)特性和操縱量隨上述參數(shù)變化的影響規(guī)律,得出了一些有價(jià)值的結(jié)論。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V211.52

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