常規(guī)單旋翼帶尾槳構型的直升機由于存在前行槳葉激波和后行槳葉動態(tài)失速等限制因素,無法實現(xiàn)高速飛行。共軸式剛性雙旋翼直升機省去了用于平衡反扭矩的尾槳,提高了功率利用效率,并通過對后行槳葉進行卸載,充分發(fā)揮了前行槳葉的升力潛能,突破了常規(guī)構型直升機大速度飛行時旋翼的氣動約束,使得共軸剛性旋翼直升機具備高速飛行的能力,因此成為了當前國際直升機領域的研究熱點。然而,共軸剛性旋翼獨特的運轉模式和飛行狀態(tài)使得其氣動環(huán)境比常規(guī)構型旋翼復雜,這給共軸剛性旋翼的流場干擾現(xiàn)象、氣動和噪聲特性的研究帶來了較大難度。鑒于此,首先,基于運動嵌套網格技術和可壓RANS方程發(fā)展了一套適用于共軸剛性旋翼流場的CFD方法,繼而采用FW-H方程發(fā)展了適用于共軸剛性旋翼聲場的計算方法;然后,進行了懸停和前飛狀態(tài)共軸剛性旋翼流場干擾機理、氣動和噪聲特性的計算分析;最后,基于建立的高效組合優(yōu)化方法,開展了共軸剛性旋翼槳葉氣動布局優(yōu)化設計研究。主要研究工作包括以下幾個方面:作為前提和背景,本文首先闡述了論文的研究目的和意義,針對復合式高速直升機、共軸剛性旋翼流場及氣動噪聲特性的計算方法、旋翼氣動布局設計等國內外研究現(xiàn)狀進行了概述,...

【文章頁數(shù)】：214 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國內外研究概況
        1.2.1 復合式高速直升機的發(fā)展概述
        1.2.2 共軸旋翼流場研究方法的進展
        1.2.3 共軸旋翼聲場研究方法的進展
        1.2.4 共軸旋翼氣動布局設計的進展
    1.3 本文的主要研究工作
第二章 共軸剛性旋翼嵌套網格生成及流場數(shù)值模擬方法
    2.1 引言
    2.2 旋翼網格生成方法
        2.2.1 二維翼型網格生成
        2.2.2 槳葉網格參數(shù)化生成方法
        2.2.3 背景網格生成
    2.3 共軸剛性旋翼嵌套網格系統(tǒng)
        2.3.1 改進的洞單元識別方法
        2.3.2 貢獻單元搜索方法
        2.3.3 流場信息傳遞算法
    2.4 流場數(shù)值模擬方法
        2.4.1 流場控制方程
        2.4.2 空間離散方法
        2.4.3 時間推進方法
        2.4.4 邊界條件
        2.4.5 配平方案
    2.5 算例驗證
        2.5.1 槳尖渦渦核位置模擬
        2.5.2 槳-渦干擾狀態(tài)氣動特性計算
        2.5.3 高速前飛狀態(tài)氣動特性計算
        2.5.4 共軸雙旋翼氣動特性計算
    2.6 小結
第三章 懸停狀態(tài)共軸剛性旋翼氣動特性和槳葉外形參數(shù)影響分析
    3.1 引言
    3.2 旋翼模型和計算狀態(tài)
    3.3 渦干擾流場模擬
        3.3.1 槳尖渦尾跡
        3.3.2 旋翼之間的相互影響
    3.4 氣動特性分析
    3.5 不同拉力時的共軸旋翼氣動性能
    3.6 后掠槳尖旋翼的影響規(guī)律
        3.6.1 后掠角度的影響
        3.6.2 后掠起始位置的影響
    3.7 尖削變弦長槳葉旋翼的影響規(guī)律
    3.8 小結
第四章 前飛狀態(tài)共軸剛性旋翼氣動特性和槳葉外形參數(shù)影響分析
    4.1 引言
    4.2 旋翼模型和計算狀態(tài)
    4.3 氣動特性分析
    4.4 不同前飛速度時的共軸旋翼氣動性能
    4.5 升力偏置量對共軸旋翼氣動性能的影響
    4.6 后掠槳尖旋翼的影響規(guī)律
        4.6.1 后掠角度的影響
        4.6.2 后掠起始位置的影響
    4.7 尖削變弦長槳葉旋翼的影響規(guī)律
    4.8 小結
第五章 共軸剛性旋翼氣動噪聲計算方法和噪聲特性分析
    5.1 引言
    5.2 氣動噪聲計算方法
        5.2.1 基于FW-H方程的氣動噪聲計算模型
        5.2.2 基于時域解的FW-H方程求解公式
        5.2.3 共軸旋翼氣動噪聲計算流程圖
    5.3 算例驗證
        5.3.1 UH-1H旋翼懸停狀態(tài)氣動噪聲計算
        5.3.2 AH-1G旋翼前飛狀態(tài)氣動噪聲計算
    5.4 旋翼跨音速噪聲特性分析
        5.4.1 跨音速噪聲產生機理
        5.4.2 后掠槳尖的影響分析
        5.4.3 前掠槳尖的影響分析
        5.4.4 尖削槳尖的影響分析
    5.5 懸停狀態(tài)共軸剛性旋翼氣動噪聲特性
        5.5.1 聲壓時間歷程
        5.5.2 頻譜特性
    5.6 前飛狀態(tài)共軸剛性旋翼氣動噪聲特性
        5.6.1 聲壓時間歷程
        5.6.2 頻譜特性
    5.7 小結
第六章 共軸剛性旋翼氣動布局優(yōu)化設計方法及應用
    6.1 引言
    6.2 優(yōu)化設計方法
        6.2.1 代理模型方法
        6.2.2 組合優(yōu)化方法
    6.3 旋翼低噪聲槳尖外形優(yōu)化設計
        6.3.1 槳尖形狀參數(shù)化方法
        6.3.2 優(yōu)化過程
        6.3.3 優(yōu)化槳尖結果分析
    6.4 剪刀式尾槳構型參數(shù)優(yōu)化設計
        6.4.1 剪刀式尾槳構型參數(shù)
        6.4.2 優(yōu)化過程
        6.4.3 優(yōu)化尾槳結果分析
    6.5 高性能共軸剛性旋翼槳葉平面外形優(yōu)化設計
        6.5.1 平面外形參數(shù)化方法
        6.5.2 優(yōu)化過程
        6.5.3 優(yōu)化槳葉共軸旋翼結果分析
    6.6 小結
第七章 研究工作總結及展望
    7.1 本文研究工作總結
    7.2 本文的主要創(chuàng)新點
    7.3 進一步的研究工作及展望
參考文獻
致謝
在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文
    攻讀博士學位期間發(fā)表（錄用）論文情況
    計算機軟件著作權
    在學期間所獲獎勵



本文編號：3797971