直升机传热与红外特征建模与分析(英文)

直升机蒙皮表面及排气温度分布受到发动机排气系统、旋翼下洗气流和太阳辐射的直接影响。为了能够精确地模拟直升机蒙皮表面及排气温度分布,在进行处于悬停状态的直升机三维流场和温度场建模与分析时,综合考虑了旋翼下洗对喷流的影响和太阳辐射对机身加热的影响。基于温度场和流场数据,通过正反射线踪迹法对直升机红外波段辐射强度的分布进行计算。针对一假想的排气系统与后机身融合的直升机模型,本文对其热特性和红外辐射特性进行了数值计算和分析。     

武装直升机机身与旋翼的RCS计算与分析

基于物理光学法的电磁散射计算方法对武装直升机机身和旋翼的雷达散射截面进行计算,并对武装直升机外形隐身设计进行分析。该方法多用于计算复杂目标的雷达散射截面的估算。本文对两种武装直升机机身建模并进行了雷达散射截面的仿真计算。计算结果表明II型武装直升机机身的隐身设计在头向和尾向大大降低了RCS,使得雷达对隐身目标的总体可探测距离减小。本文还利用物理光学法和准静止法计算和分析了直升机旋翼的时域和频域雷达散射。     

通用直升机隐身气动外形综合设计

对某型通用直升机进行隐身气动外形综合设计并对其参数化建模,通过数值模拟分析其隐身气动特性。电磁方面,采用物理光学法结合等效电磁流法进行RCS(Radar Cross Section)计算;气动方面,采用有限体积法求解Navier-Stokes方程计算直升机机身前飞状态下(不考虑旋翼气动干扰)的气动特性,结合工程经验公式估算旋翼对机身的气动干扰。结果表明:综合设计后,直升机雷达散射水平相对较低,机身前飞阻力得到较大的改善,但旋翼对机身的干扰作用有所增加;机身侧面(和垂尾)的倾角增大对直升机隐身特性有利,但对气动性能带来不利影响;选择合适的倾角可以使直升机在付出相对较小的气动代价前提下,降低雷达散射水平。     

直升机雷达散射截面计算与试验验证

采用高频预估法,建立了一套基于“面元边缘”的直升机RCS计算方法,然后对某型直升机进行了RCS计算分析以及RCS测试.最后,对比分析直升机机身雷达散射试验和理论计算结果,得出了一些减缩直升机RCS的外形设计特征.结果表明:在设计要求许可的情况下,改变武器挂架长度比改变后掠角缩减RCS效果要明显;直升机头部鼻锥部位使用锥形结构,可以减小头向方位RCS;直升机主桨榖采用圆台形代替圆柱形,可以减缩头向和侧向方位的RCS.     

两种通用直升机雷达散射特性计算与分析

建立了两种通用直升机几何外形模型,采用物理光学法和等效电磁流法进行雷达散射特性计算分析.结果表明,两种通用直升机雷达散射水平较高,头向/尾向及侧向RCS分别达到数十和数百平方米;大曲率半径曲面机身比倾斜平面式机身散射强;可收放式起落架可以改善雷达隐身性能.本文结果对开展通用直升机雷达隐身设计研究具有重要的参考价值.     

军用直升机雷达隐身设计与试验研究

采用高频方法计算分析了某战术通用直升机的雷达散射特性、重要散射源以及频率特性。对直升机机头、进气口、机身侧面、旋翼桨毂、垂直尾翼、尾桨桨毂及减速器舱、尾喷管、起落架等采取了外形隐身设计措施。对隐身直升机缩比模型的RCS测试与计算结果表明,在保证流线型机身和装载容积的条件下,隐身直升机相对于原型外形变化较小,雷达散射水平在头向和侧向分别降低至原型的约10％和1％,达到了比较好的隐身状态,为军用直升机隐身设计提供了重要的参考。     

直升机机身气动外形的低阻优化设计

直升机机身阻力是飞行阻力的主要来源之一,通过对机身外形的优化设计,能够实现直升机的高效低阻飞行.首先,把机身划分为头部、中段和尾梁三段,对其外形轮廓线进行CST参数化表示;其次,采用拉丁超立方法选取试验设计样本点,计算各样本点的阻力系数,构造Kriging代理模型,估计模型预测的精度;最后,选用序列二次规划算法对其进行优化,并对优化后的机身模型进行了风洞试验.通过计算分析可知:所建立的Kriing代理模型能够精确预测阻力系数值,优化后得到了机身的设计参数;机身阻力系数减小了15.3％,理论值与试验值吻合良好.     

直升机机身外形对气动特性的影响

基于FLUENT流体力学软件,进行了直升机机身流场的数值模拟和分析。描述了网格生成方法,给出了计算迭代步骤和流程图。针对ROBIN机身绕流场进行了计算,并与可得到的实验结果进行了对比,验证了计算结果的可靠性。在此基础上,以NUAA模型机身为算例,改变机身尾部、截面和头部形状对其流场进行了对比计算,给出了表面压强系数分布、机身阻力等计算结果,讨论了直升机机身外形参数对气动特性的影响,得出了一些有意义的结论。     

高速直升机旋翼/螺旋桨/机身干扰特性分析

研究双拉力螺旋桨复合式高速直升机的气动特性可以为高速直升机的设计及气动优化提供参考。基 于动量源方法构建针对双拉力螺旋桨复合式高速直升机旋翼/螺旋桨/机身干扰特性数值计算及分析方法;对 孤立旋翼、旋翼/机身干扰进行算例验证;应用所构建的方法对双拉力螺旋桨高速复合式直升机悬停及前飞状 态的干扰流场进行数值模拟,分析机身对悬停流场影响及不同前飞速度旋翼/螺旋桨/机身干扰特性。结果表 明:悬停时机身对气流的阻塞作用降低了旋翼的升力,螺旋桨对旋翼下洗气流的加速作用使旋翼升力提高;低 速前飞时旋翼/螺旋桨/机身干扰较大,主要体现在旋翼下洗流造成螺旋桨滑流偏折以及机翼上表面压力分布 增大,高速前飞时这种干扰较小。     

基于配平的共轴刚性双旋翼直升机飞行性能计算与分析

以共轴刚性双旋翼直升机为研究对象,对其飞行性能展开研究。首先,建立了考虑双旋翼间干扰、旋翼以及机身对尾推的干扰、旋翼对机身及尾翼干扰的直升机飞行力学模型。其次,建立了共轴刚性双旋翼直升机需用功率计算模型,以X2直升机为算例,计算了其配平状态下的需用功率,并用文献中的试验数据对需用功率计算结果进行了验证。然后,建立了发动机功率与耗油率模型以及直升机飞行性能计算模型。最后,计算并对比了X2直升机带推力螺旋桨模式和纯直升机模式下的飞行性能。研究结果表明,带推力螺旋桨模式的直升机飞行性能优于纯直升机模式的飞行性能。     

直升机动力舱通风冷却系统仿真

建立了某型直升机动力舱内三维空气流动与传热的物理和数学模型,并根据动力舱结构和舱内气体流动的特点,应用非结构化网格和网格自适应技术进行区域离散化,采用标准k-ε紊流模型和有限容积法对5种不同冷却系统设计方案的舱内三维空气流场和温度场进行了数值仿真,分析了冷却气流进出口大小、分布位置等对舱内流场和温度场的影响。计算结果表明,通风冷却系统进气口开在动力舱前部,出气口开在舱后部,有利于舱内冷却气流流动和换热,舱内气流存在涡旋运动,动力舱温度分布呈“前低后高”趋势。      

某直升机主减速器滑油冷却系统设计

对直升机主减速器滑油冷却系统的滑油流量和热耦合设计方法进行了研究,对散热器散热特性、减速器对滑油加热规律、系统热耦合过程进行了分析,利用某直升机主减速器的实验数据,提出了针对该直升机主减速器滑油冷却系统设计的改进方法.利用改进方法进行的该直升机减速器滑油冷却系统的设计结果与理论分析相吻合.     

行星齿轮传动系统的稳态热分析

行星齿轮传动系统中,各零部件的本体温度和温度场的分布对系统的工作性能和可靠性有重要影响。以直升机的主传动系统中的行星齿轮系统为对象,建立了其发热模型和热传递模型,利用热网络分析法从而得到该系统的稳态温度分布,为行星齿轮传动系统的稳态热分析提供了一个有效的方法,并为行星齿轮系统的瞬态热分析奠定了基础     

无通风直升机动力舱火灾温度场数值模拟

采用大涡模拟(LES)技术,针对某型直升机动力舱建立了火灾模型,选择油池火灾作为研究对象,并对火灾场景进行了设计.利用数值模拟的方法研究了不同位置火源动力舱的火灾场,分析了火源位置对火灾热释放速率、速度场和温度场的影响.结果表明:无通风条件下,火源位置的改变影响动力舱火灾的蔓延,并且当火源位于动力舱底部距前防火墙1/4处时,火灾强度较大,对舱内部件的破坏较为严重.因此,在防火设计中应重点对该部位火灾区域进行防范.研究结果可为动力舱灭火系统设计提供参考.      

直升机减速器滑油冷却系统的改进设计方法

对滑油冷却系统传统设计方法进行了研究.基于对换热器散热特性、减速器对滑油加热规律、系统热耦合过程的分析,提出了针对直升机减速器滑油冷却系统的改进设计方法,使得系统热耦合时滑油温度的计算和换热器的设计更为简捷,并考虑了变工况对系统热性能的影响,提高了系统设计的可靠性和效率.以某直升机减速器系统为例,编制了改进设计方法的VC++程序,进行了该减速器滑油系统的冷却设计,其设计结果与理论分析相吻合.      

直升机附件舱温度场的数值模拟

为考查某型直升机附件舱的热控制能力,采用有限元软件分析了其在强制冷却和自然冷却情况下的温度场分布.应用非结构化网格和有限体积法进行计算区域和控制方程的离散,采用标准k-ε模型封闭湍流控制方程.针对3种冷却系统设计方案,分析了不同冷却气流进口尺寸、相对位置以及不同附件散热量对附件舱温度分布的影响,计算了自然冷却情况下附件舱密闭时的温度场.计算和试验结果均表明,所采用的冷却方案可以满足附件舱冷却的需要.      

An improved analytical model of cutting temperature in orthogonal cutting of Ti6Al4V

Cutting heat has significant effects on the machined surface integrity of titanium alloys in the aerospace field. Many unwanted problems such as surface burning, work hardening, and tool wear can be induced by high cutting temperatures. Therefore, it is necessary to accurately predict the cutting temperature of titanium alloys. In this paper, an improved analytical model of the cutting temperature in orthogonal cutting of titanium alloys is proposed based on the Komanduri-Hou model and the Huang-Liang model. The temperatures at points in a cutting tool, chip, and workpiece are calculated by using the moving heat source method. The tool relief angle is introduced into the proposed model, and imaginary mirrored heat sources of the shear plane heat source and the frictional heat source are applied to calculate the temperature rise in a semi-infinite medium. The heat partition ratio along the tool-chip interface is determined by the discretization method. For validation purpose, orthogonal cutting of titanium alloy Ti6Al4V is performed on a lathe by using a sharp tool. Experimental results show to be consistent well with those of the proposed model,yielding a relative difference of predicted temperature from 0.49% to 9.00%. The model demonstrates its ability of predicting cutting temperature in orthogonal cutting of Ti6Al4V.     

旋翼减摆自润滑衬套疲劳试验温度设计与控制

以高分子材料自润滑衬套为研究对象,其摩擦阻尼为旋翼摆振铰提供减摆阻尼,在直升机飞行时,摆振铰作周期摆振运动,产生大量的热,引起衬套温度升高,易造成摆振自润滑衬套阻尼值剧烈变化。通过建立旋翼支臂摆振铰自润滑衬套摩擦生热模型,计算了摆振铰摩擦总热流量,按摩擦副接触面最高温度相等假设计算热流量分配。对传热过程应用有限元稳态热进行求解,获得了直升机旋翼运转时摆振铰摩擦副的温度分布,再进行自润滑衬套疲劳耐久性试验装置水冷散热等同性分析,最终确定了试验装置控制温度参数,为旋翼摆振铰自润滑衬套疲劳耐久性考核试验设计和验证提供参数。     

武装直升机红外成像仿真

虚拟仿真以其低成本、短周期、高质量的特点,逐渐成为复杂环境下红外成像制导武器设计分析、验证和评估的主要手段之一。以某武装直升机目标为对象,首先利用基于航空发动机物理模型的方法,通过全尺寸几何建模、计算蒙皮、尾喷和羽烟等主要红外辐射源的流场和温度场,利用灰度等级描述红外辐射信息,生成不同视向角下的近场红外辐射亮度显示,并存储形成数据库。然后根据具体使用时的条件从数据库中调用,按照距离进行大气衰减,最终形成视点处的红外辐射亮度显示。实验结果证明,算法生成的武装直升机红外图像真实感强,实时性好,可用于红外成像制导导弹仿真和夜航模拟训练系统的红外视景显示,具有一定的军事参考价值。