应用多块对接结构网格方法的直升机涵道尾桨气动特性分析

基于湍流Navier-Stokes方程,建立了一套直升机涵道尾桨流场及气动特性的CFD分析方法.在该方法中,针对直升机涵道尾桨流场的特点以及动量源方法对网格系统的要求,提出了一种多块对接网格生成方法,分块贴体网格采用求解Poisson方程的方法生成.通过结合涵道尾桨的运动方式、几何特征及气动特征,建立一个包含动量源项的N-S方程的涵道尾桨流场计算方法和迭代流程;为较好地捕捉涵道壁附近存在的旋涡及分离现象,采用了一方程S-A湍流模型.通过对ONERA M6机翼的绕流特性的计算分析,以及对涵道尾桨在悬停状态下的拉力、诱导速度、载荷分布等的计算分析,验证了该CFD方法的有效性.在此基础上,采用该方法进行直升机悬停、侧飞和前飞状态下涵道尾桨流场与气动特性的数值分析,得到了关于涵道尾桨流场和气动特性的一些有意义的结论.     

涵道尾桨气动噪声分析方法研究

建立了涵道尾桨气动噪声的频域分析方法.采用面元-涡流理论计算涵道尾桨的气动载荷,采用Farassat 1A公式计算尾桨的自由声场噪声,涵道的声学散射效应通过频域的边界元法进行计算.利用已有的试验数据和算例结果对该方法进行了验证.     

基于动量源方法的涵道尾桨CFD分析

本文采用CFD方法分析了悬停状态下涵道尾桨的流场特性。该方法以动量源代替桨叶对流场的作用来分析涵道尾桨的气动特性。即通过编写UDF程序把动量源加入到N-S方程中,建立了一套适合于直升机涵道尾桨流场和气动特性的CFD数值模拟方法。然后利用所建立的数值模拟方法对某个涵道尾桨进行分析,并与试验结果进行对比以验证数值方法的有效性。     

未来民用直升机市场的希望

麦道公司的MD900“探索者”无尾桨直升机麦道MD520N无尾桨直升机做防火汲水表演罗宾逊公司的R44“鹞鹰”直升机贝尔改装了涵道尾桨的贝尔-222型开始飞行试验波兰希维德尼克公司的W-3A获FAA适航证欧洲直升机公司的365N运输直升机     

预摘轻型双发王冠的EC155

近十年来,欧直公司研究开发了几项重要的直升机技术,加以应用后研制出几种独特的新型直升机。有装球柔性主桨和尾桨桨毂的MK2超“美洲豹”;装无轴承全复合材料主桨的EC135轻型直升机,它研制的涵道式尾桨噪音低,传动系统结构紧凑;最近研制的是由3片桨叶组成的以球柔性主桨系统和低噪音涵道尾桨为特点的EC120直升机。     

直升机涵道尾桨与孤立尾桨的气动特性对比研究

本文推导了涵道尾桨的叶素理论公式，将文献［１］的滑流理论与叶素理论公式组合，建立了计算直升机悬停和侧风状态下涵道尾桨气动特性的方法。     

“海豚”型直升机的平衡和稳定性的研究

本文对具有星型柔性桨毂旋翼系统和涵道尾桨的“海豚”型直升机的平衡特性和稳定性进行了计算和分析。机体运动方程是纵横向耦合的,并详细考虑了机体各部件(平尾、垂尾、侧垂稳定面、涵道尾桨)的影响.诱导速度采用涡流理论导出的非均匀分布模型。     

涵道尾桨的CFD模拟与验证

采用CFD(计算流体力学)方法分析在悬停和侧飞时直升机涵道尾桨的流场与性能。在轴对称的圆柱坐标系中,用有限容积法和SIMPLE(压力耦合方程的半隐式法)算法求解定常不可压的湍流N-S方程。在分析中,旋转的螺桨被描绘成沿螺桨桨叶展向分布的、与本地流动参数相关的、时间平均的动量源项,通过在N-S方程中加入此动量源项来替代螺桨对流体的作用。计算方法还包括涵道壁的阶梯型近似,原始变量的交错网格,k-ε湍流模型和涵道壁上的壁面函数法等措施。涵道尾桨的流场分析和性能预测同实验测量数据的良好的一致性表明,这种CFD方法可以有效的分析涵道尾桨的具体设计问题。      

高速直升机涵道风扇矢量推进系统模型悬停状态的气动力测量研究

为了提高直升机的飞行速度,出现了用涵道风扇矢量推力系统取代常规的尾桨和尾翼的复合式高速直升机.然而,涵道风扇矢量推进系统各部件间相互作用很复杂,从理论上确定涵道风扇矢量推进系统的气动特性尚有相当难度,为了研究涵道风扇矢量推进系统气动特性,利用涵道风扇矢量推进系统试验模型,通过试验实测该系统在轴流状态的气动力及舵面偏角和设计参数对系统气动力的影响,得到了一些涵道风扇矢量推进系统所特有的气动现象,其结果可作为理论建模的依据.     

美国研究新的复合式直升机

涵道式推力矢量螺旋桨 技术是推力矢量技术在传统直升机上的推广和应用，以替代直升机原有的尾桨系统。这一系统不仅能产生传统直升机尾桨的扭矩，还能产生前推力。在直升机上加装升力机翼，起对旋翼卸载的作用，将构成一种符合低全寿命成本，高性能要求的新概念复合式直升机 美国军方目前正在开发一种采用涵道式推力矢量（ＶＴＤＰ）技术的复合式直升机，旨在用这种技术成为在降低直升机全寿命成本的同时，提高传统直升机飞行速度、航程和生存性的可能手段之一。 目前美国的Ｐｉａｓｅｃｋｉ飞机公司已经与美国海军空中系统中心（ＮＡＶＡ…     

前飞状态涵道尾桨气动特性CFD分析

本文利用CFD商业软件Fluent为平台,以动量源代替桨叶对流场的作用,通过编写UDF程序把动量源加入到N-S方程中。动量源方法的基本思想是利用作用力与反作用的规律,由于代表桨叶的薄圆柱体里的任一网格处动量源的表达式只与桨叶的几何参数与该网格的瞬时速度有关,从而建立了一套适合于悬停和前飞状态的能够实现尾桨和涵道相互耦合作用的CFD数值模拟方法。本文将在前面悬停流场模拟的基础上,进一步对前飞状态涵道尾桨系统的气动特性进行分析。     

某型直升机涵道尾桨的固有频率区间估计

研究具有不确定复合材料参数的某型直升机涵道尾桨的固有频率。基于区间数学,将不确定复合材料参数用区间定量化,结合有限元刚度矩阵和质量矩阵的参数分解模型提出了一种估计其固有频率的区间参数顶点法。尾桨的建模、计算及后处理工作均是在大型工程分析软件ANSYS8.0中完成的,结果表明了区间分析方法的实用性和有效性。     

欧洲直升机公司继续进行降噪声研究

欧洲直升机公司的专家们目前正与德国亚琛技术大学合作研究进一步降低涵道式尾桨噪声水平。目前正进行试验台试验,其方法是使用亥姆霍兹谐振器和无源噪声衰减器网络,可以产生明显的差异。     

轻型直升机分布式电驱动反扭矩系统构型方案的综合评估技术研究

面向直升机电动化技术发展需求，综合考虑直升机尾旋翼系统设计中的总体、气动、结构、动力学、新型能源动力系统等要求，从尾桨飞行性能、使用安全性、维修保障性等方面建立了能够全面综合评估尾桨构型方案的评估方法，用以指导未来电动化直升机的尾旋翼系统设计。本文以国产某轻型直升机尾旋翼系统为设计基准，在满足抗侧风能力与原准样机相当的基础上，针对单涵道变转速、双涵道变转速、三涵道变转速三种电驱动反扭矩系统构型方案，从操纵功效、系统重量、安全性、可靠性等方面综合对比评估了各构型方案的优劣，研究结果表明，三涵道变转速方案相较于其他两种方案综合性能最优，可优先发展并应用于未来轻型直升机电驱动尾旋翼系统。     

OH-58D直升机升级

成立AVX飞机公司是计划对贝尔公司OH-58D“基奥瓦勇士”直升机进行升级。升级采用共轴旋翼和涵道风扇以满足美国陆军武装航空侦察(AAS)的需要。公司成立于2005年,员工主要为贝尔直升机公司的前雇员,公司位于沃思堡。公司期望说服陆军出资制造一架概念验证机。AVX计划去除OH-58D的四桨叶旋翼及尾桨,换装三桨叶的共轴式旋翼、一套新的传动系统以及一个更短的安装有两个涵道风扇的尾梁。与单旋翼相比,相同的桨盘加载,共轴旋翼所需功率减少5%;无需尾桨反扭矩,至少可降低10%的功耗。公司总裁兼总工程师特洛伊.盖菲介绍改进计划:“这意味着与单旋翼相比节约15%~20%的功率。”这将在不更换发动机的情况下有效提高OH-58D直升机的高温—高原飞行性能。通过主传动系统机械传动,可变距函道风扇能够在悬停时控制方向并在直线飞行时提供强大推力。OH-58D改进后将实现的性能包括:负载5500磅无地效悬停(最大燃油量以及全武器配置,华氏95度/6000英尺高温高原环境);巡航速度120节(改进前为95节);航程240海里;续航时间3.1小时。盖菲称AVX的OH-58D改进型满足陆军AAS提出的要求,公司于3月18日对此递交了回复。...     

刊刊互动

《航空世界》从直升机诞生到现在．经过多年发展．单旋翼带尾桨、双旋翼．共轴双桨等常见布局的直升机技术已经发展得相当成熟了。为了提高直升机的速度、航程等性能人们开始研究用于直升机的新概念技术．如：前行桨叶概念．倾转旋翼、无尾桨,涵道风扇、鸭翼-旋翼／直翼技术等．本期航空讲堂将带来众多新概念直升机。另外本期还集结了中国首届直...     

哈飞H425民用直升机首飞成功

哈尔滨飞机工业集团公司研制的H425民用直升机于2003年12月30日在哈尔滨首飞成功。H425民用直升机进行了通场、盘旋、跃升、俯冲等试验飞行。首飞成功标志着中国民用直升机工业从引进技术、部件生产、整机总装一跃攀升到整机研制的新高度。H425民用直升机是单旋翼、涵道尾桨、4     

涵道气动优化设计方法

基于动量源方法进行涵道气动力的计算,分别采用响应面模型和基于神经网络模型对NASA涵道构型进行优化设计,并对优化结果采用CFD进行验证,优化结果表明两种优化方法均取得了一定的优化效果,悬停状态下,基于响应面方法,涵道拉力增加了19.4%,基于神经网络方法,涵道拉力增加了21.2%.并为了较为细致地研究涵道拉力产生的机理,在对涵道进行建模时,采用一种分区的方法,将涵道划分为6个区域,并得到了涵道拉力在此6个区域上的分布.计算结果表明:涵道唇口形成的负压是产生涵道附加拉力的主要因素,且靠近涵道内侧唇口提供的拉力占比重较大.该优化方法可以有效地应用于涵道外形的气动优化设计中.      

无轴涵道旋翼气动特性数值研究

采用基于非结构网格的滑移网格技术对无轴涵道旋翼与传统涵道旋翼的气动特性进行了非定常Euler方程数值模拟。分别考察了无轴涵道旋翼与传统涵道旋翼气动特性差异,中心孔径、涵道扩散角、涵道翼型对无轴涵道旋翼气动特性的影响。涵道扩散角变化范围为-6°~10°,涵道翼型选择NACA66、NACA0018及NACA4415三种翼型进行研究。研究发现:涵道翼型类型对无轴涵道旋翼的拉力分配影响较大,对称翼型能减弱旋翼上方低压涡从而涵道能产生更大的拉力；无轴涵道旋翼比传统涵道旋翼具有更优的拉力性能,转速为18 000 r/min时其总拉力是后者的1.185倍；减小无轴涵道旋翼的中心孔径能提高总拉力值,但整体耗能也将随之提高；涵道拉力占比越高的翼型,其最佳涵道扩散角越大,该状态下涵道拉力占比最高。      

涵道风扇电推进系统关键应用技术探讨

涵道风扇可作为分布式电推进航空器的动力装置,具有良好的发展潜力,现阶段在涵道风扇电推进系统设计和集成应用方面面临一些技术问题。对涵道风扇电推进系统的发展现状及应用前景进行综述,以分布式电推进航空器为背景分析对涵道风扇电推进系统的技术需求,重点探讨了涵道风扇气动设计、涵道风扇与航空器翼身融合设计、电机和涵道风扇结构一体化设计、强迫风冷散热、电磁兼容设计、复杂结构精密制造等关键技术及解决途径,为涵道风扇电推进系统开发和集成应用提供参考。