旋翼近地飞行时尾迹及地面涡的N─S方程模拟

用有限体积法、三维Ｎ－Ｓ方程对旋翼近地飞行时的尾迹及地面涡进行了数值模拟。由分布在特定区域内的动量源项模拟旋翼对流场的作用,动量源项的强度由旋翼的几何尺寸、叶片剖面的空气动力特性及当地流场的性质迭代定出。进而,研究了旋翼近地飞行时,在不同前进比及不同离地高度情况下,尾迹与地面的干扰问题及地面涡的现象     

地面效应中前飞旋翼的自由尾迹计算

发展了一种自由尾迹模型,用于对地面效应状态下的旋翼前飞流场进行数值模拟,并求解该状态下的旋翼气动特性.为了扩大模型的适用范围,使用了面元法模拟地面对流场的影响.为提高尾迹迭代的收敛性和精度,在计算模型中引入了地下尾迹等比例修正、环式地面面元分布等改进措施.结果显示:前进比增加,地面附近的旋翼流场由环流模式转变为地面涡模式.在前飞速度很小时出现的环流,对旋翼前缘的轴向下洗速度影响十分强烈,导致此时出现随前进比增加,旋翼拉力减小、需用功率几乎不变的特殊现象.将得到的旋翼气动特性参数随前进比变化情况同实验值进行了对比,证实了新构建模型的准确性.      

操纵策略对高速直升机前飞性能的影响分析

针对共轴刚性旋翼高速直升机的操纵冗余问题，开展基于旋翼/推力桨气动力分配的操纵策略研究，并分析其对飞行性能的影响。首先，基于动量-叶素理论与尾迹叠加模型发展了共轴刚性旋翼和推力桨的气动模型，并采用动量源方法建立计入旋翼干扰的机身气动力CFD计算模型。其次，根据所建立的各部件气动载荷求解方法，构建高速前飞状态全机操纵与姿态配平方法。最后，分析旋翼/推力桨不同气动力分配的操纵策略对高速直升机飞行性能的影响规律。研究发现，直升机在巡航高度高速飞行时，旋翼提供部分牵引力可以有效增大高速直升机的最大前飞速度，而操纵策略改变对斜爬升率影响不大。     

旋翼近水面悬停状态气动特性分析

针对直升机在近水面区域飞行时的旋翼气动特性问题，基于RANS方程，结合流体体积(VOF)方法开展了旋翼水面效应流场的模拟分析研究。为提高水/气交界面的旋翼桨尖涡的捕捉精度，在背景网格区域采用了自适应网格方法，并通过与Caradonna-Tung旋翼试验结果的对比，验证了所提方法的可靠性。随后，基于该方法模拟了旋翼在地面、静水面、小幅波浪水面和大幅波浪水面4种工况下的地面/水面效应流场，对不同状态下的旋翼气动特性及水面干扰机理进行了细致讨论。结果表明：地面效应及水面效应下，旋翼桨尖涡更早向外扩散且桨叶中段的表面压强增幅比桨尖处更大，水面效应的强度要弱于地面效应；而波幅更高的波浪所引发的附着涡更容易改变桨尖涡的发展轨迹，增加桨尖涡的不对称性。     

基于动量源方法的直升机旋翼/机身流场数值模拟

建立了一套基于动量源方法的直升机旋翼/机身流场数值模拟方法.将旋翼对流场的作用以动量源项的形式代表,建立了一个包含动量源项的CFD方法.针对直升机旋翼/机身流场的特点以及动量源方法对网格系统的要求,采用了一种混合网格生成方法.通过结合旋翼桨叶的运动方式、几何特征及气动特性,建立一个包含动量源项的N-S方程的旋翼流场计算方法和迭代流程,并采用该方法进行直升机旋翼、机身和旋翼/机身下洗流场的数值模拟,得到了关于旋翼/机身干扰流场的一些有意义的结论.     

近地飞行时旋翼的气动力及桨叶挥舞运动

基于对旋翼近地飞行时流场的N-S方程计算,计算并讨论了近地飞行时,旋翼拉力、扭矩系数及桨叶挥舞角随前进比、离地高度的变化情况。结果表明,在地面涡出现的飞行条件下,与无地面效应的情形相比,旋翼拉力和侧倾角有显著变化。     

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。     

旋翼地面效应的气动建模与特性

地面对旋翼气动特性影响明显，且导致旋翼流场更加复杂。为分析地面效应下的旋翼桨尖涡和流场变化特性，基于涡面和无滑移边界条件，求解第2类Fredholm方程获得地面涡面矢量分布，且将涡面矢量按涡扩散方程扩散到流体中，建立考虑黏性效应的地面气动模型，并耦合非定常面元/黏性涡粒子混合法以体现旋翼桨叶气动特性和旋翼尾迹的非定常效应，构建旋翼地面效应气动分析方法。通过计算Lynx尾桨地面效应下的性能和桨尖涡轨迹，并计算Maryland大学模型旋翼和NASA缩比旋翼地面效应下的垂向、径向速度分布，且与试验和CFD计算结果对比，验证了本文方法能较好捕捉地面效应下的旋翼尾迹变化特性和复杂速度场特性，且结果表明本文方法能较好模拟地面效应下旋翼桨尖涡的收缩、扩散、井喷、地面射流等物理现象。     

直升机地面滑跑飞行力学研究

在直升机地面滑跑模型中引入了精确的飞行力学模型,形成了直升机地面滑跑飞行力学模型。以Peters/He广义动态入流理论建立入流模型,采用等环面积法划分桨叶微段,以叶素理论建立旋翼气动模型。以刚体动力学方法建立直升机地面滑跑模型。使用试飞数据对模型进行验证,吻合较好。文中对直升机地面滑跑进行计算分析,得到了操纵、姿态等的变化规律,为飞行员地面滑跑操纵提供了建议。     

直升机CFD仿真现状与发展趋势分析

传统直升机气动设计较多依赖升力线理论、涡流理论等工程分析方法,高性能计算使采用CFD方法开展"第一性原理"仿真成为可能.本文从旋翼运动特点出发介绍了直升机区别于固定翼飞机的一些特殊计算方法,指出当前CFD方法在直升机实际应用中存在的不足.在此基础上,探讨了国外先进直升机CFD软件的发展策略与技术途径,从多求解器耦合、网格动态自适应技术、高阶格式与湍流模型的选取、多学科耦合求解等四个方面分析了这些软件的特点与技术优势.最后就如何适应未来发展需要,提出了直升机CFD能力建设方面的几点建议.分析表明,直升机由于旋翼运动具有与操纵输入、结构变形相耦合的特点,分部件及单学科的CFD分析方法与真实飞行状态存在偏差,多学科耦合分析与旋翼尾迹的精细模拟应当是软件未来发展的重点.     

大型飞机地面转弯操纵方法研究

分析了飞机地面转弯运动时的受力特点及几何关系,参考国外相关飞机,给出了大型飞机地面转弯操纵方法,特别是大型飞机在小宽度道面完成180?转弯掉头操纵要领,并经飞机地面试验验证,该方法可以在小宽度道面上实现顺畅掉头。     

浦东国际机场地面交通控制／管理的基本框架

阐述了我国民航机场地面交通控制／管理的现状、发展和需求,浦东机场地面交通控制／管理的框架和实施方案。介绍了雷达数据技术、计算机网络技术、全球卫星导航技术、无线数据通信技术和自动化集成技术等在地面交通控制／管理系统的应用,以及地面交通控制／管理系统对现代化大、中型机场在安全、可靠、准确和更快捷服务方面所起的重要作用。     

滑橇起落装置直升机系留状态“地面共振”试验和分析

本文以直×型机为例,对滑橇起落装置直升机在系留状态下的“地面共振”问题进行了分析。在系留状态下,系留装置改变了机体和起落架系统的动力特性,为了保证直×型机在系留状态下不发生“地面共振”,采用了系留状态和自由状态全机动力特性对比试验和“地面共振”对比计算的方法分析系留状态的“地面共振”问题。本文介绍了直×型机系留方案的确定,全机动力特性试验和“地面共振”计算的方法及结果,最后得出明确结论。     

地效飞行器水面起飞滑跑距离估算方法

地效飞行器、水上飞机在水面起飞时,由于受到发动机推力、水动力和空气动力的作用,其运动规律非常复杂。加上阵风、水面状态以及驾驶员的操纵技术等一系列因素,使情况更加复杂化了。本文在基本运动方程中引入了机身浸湿面积与滑行速度成负斜率线性关系的假设,从而简化了起飞距离的计算过程,得到发动机推力与起飞滑行距离之间的关系曲线。本文...     

基于频谱和倒谱分析的探地雷达地杂波抑制

超宽带探地雷达被广泛用于检测浅层埋藏的反人员地雷,其中滤除强的地表反射回波是完成目标检测、成像与识别的关键。将独立分量分析算法与数据非一致性检测方法相结合,通过分析独立分量的频谱和倒谱,给出了一种可以适应多目标数据区域且自动选取独立分量的地杂波抑制方法。实验结果证明了该方法的可行性和有效性。     

卫星导航陆基增强系统设备许可体系研究

陆基增强系统(GBAS)是支持飞机精密进近的下一代无线电导航设备。目前,在世界上安装GBAS和提供GBAS服务的机场越来越多。中国已经研制了首套卫星导航GBAS着陆系统,然而并没有通过相关设备的认证许可,未投入实际的运行使用。因此,本文在分析FAA和Eurocontrol对GBAS设备许可的基础上,提出了一套完整的卫星导航路基增强系统设备许可体系的方案,为进行设备的认证许可提供引导,使得整个地面子系统满足安装选址要求、地面和飞行测试对功能和性能的验证要求,保证地面设备子系统经过安装调试后能够达到理想的工作状态。设备许可体系在未来卫星导航技术的发展中发挥着广泛的指导作用,有利于设备的运行、发展和管理。     

国外直升机发动机监视系统

本文介绍了国外直升机发动机监视目的、内容、通过对已有发动机监视系统的统计分析,得到了典型发动机监视系统应该具备的目标、组成、功能和记录参数,这对发动机监视系统的设计具有重要指导意义。     

地面系留对直升机动力响应的影响

 建立了系留状态下直升机旋翼/机体耦合非线性动力学模型,无铰旋翼简化为当量铰刚性桨叶模型,假定机体是刚性体并受起落架和系留索的约束,系留索静态时松弛并只能承受拉力。采用数值仿真研究了系留对模型旋翼地面共振的影响,对初始扰动和旋翼转速对系统动力学行为的影响也进行了仿真研究。对于无系留的模型旋翼来说,在任何转速下没有出现不稳定现象;地面系留时系统会呈现稳定响应、极限环以及大幅值振荡等非线性动力学行为,大幅值振荡将使系留索、接头和支持结构承受破坏性动力载荷。     

直升机“地面共振”力学模型的再探

 真实直升机是桨叶具有摆振与挥舞自由度、组成起落架的缓冲支柱与轮胎具有随频率变化的动特性的“空间模型”。本文第一次导出了描述上述系统的“地面共振”运动微分方程,给出了确定动稳定性的计算方法。通过算例,证明本文提出的力学模型与计算方法的合理性与有效性。