直升機旋翼振動載荷的準確預估一直是旋翼氣彈分析的難題,旋翼流場的準確計算要求同時考慮旋翼的氣動特性和結(jié)構(gòu)運動特性。傳統(tǒng)的氣動模型由于不能準確模擬旋翼流場的三維非定常特性,影響了旋翼振動載荷預估的準確性。本文研究基于CFD/CSD耦合的旋翼振動載荷預估方法,對于進一步提高旋翼振動載荷的預估精度有重要的作用。本文針對CFD/CSD耦合旋翼振動載荷預估中的幾個關(guān)鍵問題開展了相關(guān)研究,主要包括:⑴基于中等變形梁理論,引入槳葉先進幾何外形參數(shù)（后掠角、下反角、預扭角）,采用Hamilton原理推導了先進幾何外形彈性旋翼槳葉全耦合非線性運動方程。然后采用空間有限元的方法對槳葉進行離散,離散的槳葉考慮單元內(nèi)部剛度特性和質(zhì)量特性隨著局部徑向坐標的變化而改變,最后采用6點高斯數(shù)值積分的方法完成了槳葉非線性結(jié)構(gòu)動力學有限元建模。⑵基于FLUENT流體分析平臺,采用結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)結(jié)合的網(wǎng)格離散方法,利用用戶自定義函數(shù)、I/O文件方式傳遞CSD模型中獲得的旋翼槳葉揮舞、擺振和變距運動并驅(qū)動動網(wǎng)格,實現(xiàn)CFD/CSD的耦合。依此為基礎(chǔ),綜合研究了變距、揮舞運動耦合及周期交變來流作用下的NACA0012二維翼型動態(tài)... 

【文章來源】：南京航空航天大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：103 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
注釋表
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 旋翼結(jié)構(gòu)動力學模型
        1.2.2 旋翼空氣動力學模型
        1.2.3 旋翼槳葉穩(wěn)態(tài)響應(yīng)求解
        1.2.4 基于CFD/CSD耦合方法的旋翼綜合分析
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
第二章 基于高斯數(shù)值積分的先進氣動外形旋翼氣彈綜合分析模型
    2.1 引言
    2.2 旋翼槳葉運動描述、先進氣動外形描述與坐標系
        2.2.1 彈性槳葉任意一點運動描述
        2.2.2 先進幾何外形彈性槳葉變形剖面上任一點的矢量表示
    2.3 槳葉運動方程推導
        2.3.1 槳葉應(yīng)變能
        2.3.2 槳葉動能
        2.3.3 槳葉外力虛功
    2.4 槳葉有限元離散及19自由度高斯積分單元
    2.5 槳葉固有特性分析
    2.6 槳葉結(jié)構(gòu)模型驗證
        2.6.1 無鉸式模型旋翼模態(tài)分析與驗證
        2.6.2 SA349/2 鉸接式旋翼槳葉固有特性分析
        2.6.3 非線性梁靜變形分析
    2.7 本章小結(jié)
第三章 旋翼CFD數(shù)值模擬方法
    3.1 引言
    3.2 CFD數(shù)值方法
        3.2.1 控制方程
        3.2.2 空間離散
        3.2.3 邊界條件
        3.2.4 CFD的求解流程
    3.3 旋翼氣動力計算CFD建模
        3.3.1 網(wǎng)格及其生成方法
        3.3.2 動網(wǎng)格更新
    3.4 翼型動態(tài)失速特性及CFD非定常數(shù)值模擬
        3.4.1 翼型動態(tài)失速及非定常氣動模型
        3.4.2 翼型動態(tài)失速CFD數(shù)值模擬
    3.5 考慮剛性槳葉運動的旋翼流場CFD計算方法
        3.5.1 網(wǎng)格劃分
        3.5.2 剛性旋翼運動的實現(xiàn)及湍流模型
        3.5.3 F.X.Caradonna懸停模型旋翼CFD數(shù)值模擬
    3.6 本章小結(jié)
第四章 直升機旋翼配平及CFD/CSD耦合策略
    4.1 引言
    4.2 旋翼CFD分析的配平模型
    4.3 旋翼CFD/CSD耦合策略
        4.3.1 松耦合方法
        4.3.2 緊耦合方法
    4.4 采用CFD/CSD緊耦合方法的二維翼型綜合氣彈分析
        4.4.1 二維翼型氣彈模型
        4.4.2 結(jié)構(gòu)運動方程及響應(yīng)求解
        4.4.3 氣動力CFD計算及緊耦合方法
        4.4.4 計算結(jié)果及分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 旋翼振動載荷預估的CFD/CSD耦合方法
    5.1 引言
    5.2 槳葉穩(wěn)態(tài)氣彈響應(yīng)計算
    5.3 槳葉剖面振動載荷計算
        5.3.1 模態(tài)積分法
        5.3.2 力積分法
    5.4 采用CFD/CSD松耦合方法的旋翼振動載荷預估
        5.4.1 槳葉剖面氣動載荷對比驗證
        5.4.2 槳葉剖面結(jié)構(gòu)振動載荷計算
    5.5 本章小結(jié)
第六章 全文工作總結(jié)與展望
    6.1 全文工作總結(jié)
    6.2 全文工作展望
參考文獻
致謝
在學期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文
附錄


【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于非慣性系的懸停狀態(tài)旋翼CFD/CSD耦合氣動分析[J]. 肖宇,徐國華,招啟軍.  空氣動力學學報. 2014(05)
[2]無軸承旋翼/減擺器的氣動彈性力學研究[J]. 胡新宇,韓景龍.  中國礦業(yè)大學學報. 2008(04)
[3]基于N-S方程的懸停旋翼槳葉氣動干擾數(shù)值模擬[J]. 李曉暉,熊峻江.  空氣動力學學報. 2007(02)
[4]彈性耦合對直升機復合材料槳葉穩(wěn)定性的影響[J]. 尹維龍,向錦武.  復合材料學報. 2006(04)
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[6]直升機后掠槳尖旋翼氣彈穩(wěn)定性研究[J]. 楊衛(wèi)東,鄧景輝.  南京航空航天大學學報. 2003(03)
[7]懸停旋翼粘性繞流N-S方程數(shù)值模擬[J]. 楊愛明,喬志德.  西北工業(yè)大學學報. 2000(04)
[8]直升機旋翼槳葉截面剛度的有限元計算[J]. 向錦武,張曉谷,趙翔.  航空動力學報. 1998(02)
[9]前飛狀態(tài)直升機旋翼的自由尾跡計算[J]. 徐國華,王適存.  南京航空航天大學學報. 1997(06)
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博士論文
[1]直升機復合材料槳葉動力學減振優(yōu)化設(shè)計研究[D]. 陳琨.南京航空航天大學 2014
[2]基于CFD/CSD耦合的旋翼氣動彈性數(shù)值模擬[D]. 陳龍.南京航空航天大學 2011
[3]新型槳尖彈性旋翼氣動特性的Navier-Stokes方程數(shù)值模擬[D]. 徐廣.南京航空航天大學 2010
[4]旋翼非定常自由尾跡及高置信度直升機飛行力學建模研究[D]. 李攀.南京航空航天大學 2010
[5]計入槳葉結(jié)構(gòu)彈性的新型槳尖旋翼流場數(shù)值模擬研究[D]. 王海.南京航空航天大學 2010

碩士論文
[1]先進幾何外形復合材料旋翼槳葉彈性剪裁方法研究[D]. 殷啟波.南京航空航天大學 2014
[2]復合材料旋翼槳葉參數(shù)化建模與減振優(yōu)化方法研究[D]. 曹冬冬.南京航空航天大學 2013
[3]旋翼流場及氣動彈性的數(shù)值模擬[D]. 錢凱.南京航空航天大學 2012
[4]基于CFD/CSD弱耦合的直升機旋翼氣彈特性研究[D]. 劉成.南京航空航天大學 2011
[5]旋翼振動載荷計算與分析[D]. 孫韜.南京航空航天大學 2010
[6]直升機旋翼氣動彈性響應(yīng)的數(shù)值積分算法研究[D]. 張偉.南京航空航天大學 2010



本文編號：3184874