共轴刚性双旋翼气动性能计算方法研究

论文摘要

旋翼作为直升机的主要部件,对直升机的飞行性能、噪声水平等有着重大的影响,进行旋翼流场模拟和气动性能分析研究意义重大。本文基于RANS方程,建立了一套适用于多旋翼的数值模拟方法,对共轴刚性旋翼进行了数值模拟、气动性能计算。第二章介绍CFD中的控制方程、空间离散、时间离散、湍流模型、边界条件和低速预处理技术等。第三章详细介绍网格生成技术、非结构嵌套网格技术和自适应笛卡尔网格技术。本文通过宿主单元搜索、数值传递算法、八叉树数据结构等方法实现非结构网格的嵌套和笛卡尔网格的自适应,为后续具有复杂运动的多旋翼系统流场模拟做准备。第四章针对共轴刚性旋翼的结构特点和差动操纵工作模式,提出共轴刚性双旋翼扭矩配平方法,并用XH-59A旋翼对配平方法进行了验证。第五章建立了耦合嵌套网格技术和自适应网格技术的流场求解方法,用“Caradonna&Tung”旋翼实验数据进行了验证,结果表明该方法能有效模拟旋翼流场。第六章计算了XH-59A共轴刚性双旋翼的悬停气动性能,包括诱导速度、气动力和力矩、悬停效率等,用试验数据进行验证,结果表明本文计算方法准确、有效。

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摘要

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第一章绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 研究方法

1.2.2 网格技术

1.2.3 共轴旋翼气动性能

1.3 本文的工作

第二章控制方程与数值方法

2.1 引言

2.2 控制方程

2.3 空间离散

2.3.1 对流通量项

2.3.2 粘性通量项

2.4 时间推进

2.4.1 显式时间推进格式

2.4.2 隐式时间推进格式

2.5 湍流模型

2.5.1 SA模型

2.5.2 k-ωSST模型

2.6 边界条件

2.6.1 物面边界条件

2.6.2 远场边界条件

2.7 低速预处理方法

2.8 本章小结

第三章用于共轴刚性双旋翼流场数值模拟的网格方法

3.1 引言

3.2 网格生成方法

3.2.1 结构网格生成技术

3.2.2 非结构网格生成技术

3.3 非结构嵌套网格技术

3.3.1 宿主单元搜索

3.3.2 数值传递

3.4 自适应笛卡尔网格技术

3.4.1 笛卡尔背景网格生成方法

3.4.2 笛卡尔网格自适应算法

3.5 本章小结

第四章共轴刚性双旋翼扭矩配平方法

4.1 引言

4.2 旋翼坐标变换

4.3 扭矩配平求解方法

4.4 配平方法验证

4.5 本章小结

第五章旋翼流场计算

5.1 引言

5.2 单旋翼悬停流场计算

5.2.1 桨尖涡模拟效果

5.2.2 桨叶剖面表面压强计算

5.3 共轴刚性旋翼悬停流场计算

5.4 共轴刚性旋翼前飞流场计算

5.5 本章小结

第六章共轴刚性双旋翼悬停气动性能计算

6.1 引言

6.2 悬停气动性能计算

6.2.1 诱导速度

6.2.2 旋翼拉力与扭矩

6.2.3 悬停效率

6.3 本章小结

第七章总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 罗阳

导师: 陈仁良

关键词: 方程,共轴刚性旋翼,嵌套网格,自适应,配平,气动性能

来源: 南京航空航天大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,航空航天科学与工程

单位: 南京航空航天大学

分类号: V211.3

DOI: 10.27239/d.cnki.gnhhu.2019.000632

总页数: 72

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