旋翼非定常載荷是直升機(jī)振動的主要來源,彈性槳葉在旋轉(zhuǎn)過程中,既存在復(fù)雜的非定常氣動載荷,也存在結(jié)構(gòu)的彈性變形,二者相互耦合增加了旋翼氣動和結(jié)構(gòu)分析的難度,是旋翼氣彈分析領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。為了降低復(fù)合材料旋翼的結(jié)構(gòu)振動載荷,需要對槳葉進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),為此,本文從三個(gè)方面入手:考慮槳葉彈性的氣動及結(jié)構(gòu)載荷分析、槳葉結(jié)構(gòu)的參數(shù)化模型方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。主要內(nèi)容包括:第一章,介紹了本文的研究背景和意義,對旋翼結(jié)構(gòu)載荷優(yōu)化分析中用到的旋翼CFD/CSD耦合分析方法、復(fù)合材料槳葉參數(shù)化建模方法以及旋翼動力學(xué)優(yōu)化方法進(jìn)行了介紹,總結(jié)了本文將要開展的工作。第二章,建立了旋翼運(yùn)動嵌套網(wǎng)格生成方法和旋翼流場數(shù)值模擬方法。采用了“擾動衍射”方法和Inverse-map方法,提高了嵌套網(wǎng)格挖洞和貢獻(xiàn)單元搜索的效率;采用代數(shù)方法進(jìn)行了網(wǎng)格變形處理。針對旋翼非定常氣動載荷計(jì)算,基于可壓RANS方程和一方程S-A湍流模型建立了旋翼CFD方法,采用高階ROE-MUSCL格式提高了CFD分析精度,采用OpenMP進(jìn)行并行加速。選擇UH-60A旋翼和Caradonna-Tung旋翼進(jìn)行算例驗(yàn)證,表明了本文CFD方法的有效... 

【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：105 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

本文研究方法總體流程圖

9(c) SC1095圖 2.2 圍繞不同翼型的二維貼體網(wǎng)格及其局部圖圖 2.2 給出了采用上述方法生成的圍繞三種翼型的二維貼體網(wǎng)格，為了顯示效果，將遠(yuǎn)場邊界距翼型表面距離設(shè)為 2 倍弦長。為了保證 N-S 方程中的粘性計(jì)算，翼型表面第一層網(wǎng)格法向間距為 10-6。從圖中可以看出，生成的二維網(wǎng)格貼體性和正交性好，疏密程度分布合理，為后續(xù)的研究打下良好的網(wǎng)格基礎(chǔ)。槳葉網(wǎng)格參數(shù)化生成方法在生成二維翼型貼體網(wǎng)格的基礎(chǔ)上，采用參數(shù)化方法生成槳葉的三維貼體網(wǎng)格。槳葉的三維外形參數(shù)描述主要包括翼型分布、弦長分布、四分之一弦線分布和扭轉(zhuǎn)分布，基于這些參數(shù)，槳葉三維貼體網(wǎng)格的生成步驟可描述如下：

(a) 懸停狀態(tài) (b) 前飛狀態(tài)圖 2.4 懸停和前飛計(jì)算所用背景網(wǎng)格及加密區(qū)域示意圖旋翼網(wǎng)格與背景網(wǎng)格的嵌套關(guān)系旋翼的嵌套網(wǎng)格系統(tǒng)由圍繞各片槳葉的三維貼體網(wǎng)格和包圍旋翼網(wǎng)格的背景網(wǎng)格構(gòu)成格與背景網(wǎng)格之間通過嵌套關(guān)系進(jìn)行流場信息傳遞，其中，挖洞、貢獻(xiàn)單元搜索和插核心內(nèi)容。挖洞和貢獻(xiàn)單元搜索的本質(zhì)相同，都是尋找一個(gè)網(wǎng)格系統(tǒng)中的點(diǎn)在另一個(gè)的單元位置。洞邊界單元和貢獻(xiàn)單元之間的流場信息傳遞通過三線性插值完成。本文采用的挖洞方法為 “擾動衍射”法[58]，其算法思路為：選取一個(gè)非洞單元作為擾擾動從該點(diǎn)沿各個(gè)方向向網(wǎng)格空間傳播，如果遇到背景網(wǎng)格的洞包絡(luò)面，則擾動會受無法傳遞至包絡(luò)面內(nèi)部，當(dāng)傳遍網(wǎng)格空間后，所有不受擾動影響的單元即為洞單元。擾動衍射法能夠成功，需要確保洞包絡(luò)面是封閉的，為此需要對翼型網(wǎng)格進(jìn)行加密。針對貢獻(xiàn)單元搜索，槳葉網(wǎng)格點(diǎn)在背景網(wǎng)格上的貢獻(xiàn)單元搜索較為簡單，通過簡單二快速實(shí)現(xiàn)，而尋找背景網(wǎng)格點(diǎn)在槳葉網(wǎng)格中的貢獻(xiàn)單元則較為復(fù)雜，直接采用遍歷法復(fù)雜度較高，在實(shí)際計(jì)算中難以運(yùn)用。為此，本文采用了 Inverse-map 方法[64]。該方法于構(gòu)建一個(gè)全面覆蓋槳葉且固連在槳葉網(wǎng)格上的輔助笛卡爾網(wǎng)格，在進(jìn)行貢獻(xiàn)單元搜

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]旋翼非定常氣動特性CFD模擬的通用運(yùn)動嵌套網(wǎng)格方法[J]. 趙國慶,招啟軍,吳琪.  航空動力學(xué)報(bào). 2015(03)
[2]基于多體動力學(xué)的旋翼模型與氣彈穩(wěn)定性[J]. 虞志浩,楊衛(wèi)東,鄧景輝,張呈林.  航空動力學(xué)報(bào). 2012(05)
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[4]使用高階逆風(fēng)通量差分裂格式的懸停旋翼流場數(shù)值模擬[J]. 招啟軍,徐國華.  航空動力學(xué)報(bào). 2005(02)
[5]帶氣彈穩(wěn)定性約束的復(fù)合材料漿葉減振優(yōu)化設(shè)計(jì)(英文)[J]. 郭俊賢,向錦武.  Chinese Journal of Aeronautics. 2004(03)
[6]基于運(yùn)動嵌套網(wǎng)格的前飛旋翼繞流N-S方程數(shù)值計(jì)算[J]. 楊愛明,喬志德.  航空學(xué)報(bào). 2001(05)
[7]用雙時(shí)間法數(shù)值模擬懸停旋翼流場(英文)[J]. 江雄,陳作斌,張玉倫.  空氣動力學(xué)學(xué)報(bào). 1998(03)
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博士論文
[1]直升機(jī)旋翼非定常動態(tài)失速的CFD模擬及其主動流動控制研究[D]. 趙國慶.南京航空航天大學(xué) 2015
[2]直升機(jī)復(fù)合材料槳葉動力學(xué)減振優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D]. 陳琨.南京航空航天大學(xué) 2014
[3]基于CFD方法的先進(jìn)旋翼氣動特性數(shù)值模擬及優(yōu)化研究[D]. 王博.南京航空航天大學(xué) 2012
[4]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(xué) 2010
[5]直升機(jī)旋翼非定常流動的低耗散高精度數(shù)值方法研究[D]. 徐麗.上海大學(xué) 2010
[6]計(jì)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(xué) 2010

碩士論文
[1]基于高精度算法的新型槳尖旋翼流場模擬[D]. 印智昭.南京航空航天大學(xué) 2016
[2]基于CFD/CSD耦合的旋翼振動載荷預(yù)估方法研究[D]. 李建東.南京航空航天大學(xué) 2015
[3]基于CFD/CSD方法的后掠槳尖旋翼氣彈響應(yīng)研究[D]. 王俊毅.南京航空航天大學(xué) 2013
[4]復(fù)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(xué) 2013



本文編號：3414238