悬停旋翼地面效应研究

本文给出了确定悬停旋翼在地面效应中的诱速分布和升力增益的一种计算方法,并经实验验证.与前人的结论不同,本研究证明地面效应随参数(C_T)~(1/2)/σ(而不是 C_T/σ)的增大而减小.同时,对于流行的关于地效的物理解释,本文指出了其力学概念上的错误并予以纠正.     

直升机海上悬停海浪滤波器研究

基于直升机海上悬停飞行试验数据,使用对差分GPS数据和无线电高度数据综合对比的方法,进行了海浪噪声的识别,将其从无线电高度数据中分离了出来。基于此,进行了海浪滤波器的研究,对无线电高度表测得的高度信号和垂直加速度计测得的垂直加速度信号进行组合滤波,构成互补式卡尔曼滤波器,获得了质量比较好的高度信号。     

地面效应中悬停旋翼的自由尾迹计算

发展了一种具有良好收敛性的自由尾迹模型,用于对地面效应(IGE)状态下的旋翼悬停尾迹进行数值模拟。其中使用直涡元对桨尖涡丝进行离散,使用面元法模拟地面对流场的影响。针对以往类似研究中旋翼高度较低时自由尾迹迭代不易收敛的问题,引入了地下尾迹等比例修正并提出了环式地面面元分布等多项修改办法来改善计算模型的收敛性,同时这些改进也起到了削减计算量的作用。为了对新构建模型进行验证,以多个高度下的旋翼有地效状态为算例,对其尾迹几何结构进行了计算并与实验值进行了对比,结果显示二者符合得较好,证实了该模型具有较高的准确性。     

直升机悬停控制器的设计

直升机在空中定点悬停是飞行任务中的一个重要课题,只靠飞行员操纵来达到精确的悬停是非常困难的。本文利用现代控制理论来设计直升机悬停控制器,文中推导了最优控制算式,并在IBM—PC机上进行了数字仿真,结果表明该系统在悬停时具有较高的位置精度。     

共轴刚性旋翼悬停状态地面效应气动特性

为了研究地面效应下共轴刚性旋翼的气动特性,建立了一套基于非定常雷诺平均Navier-Stokes方程的气动干扰数值方法,采用运动嵌套网格模拟双旋翼的反转运动。地面采用无滑移边界条件,并对旋翼和地面附近的网格进行加密,以更好地捕捉旋翼的流场细节和尾迹特征。计算结果与Lynx尾桨试验结果进行对比,验证了所建立方法的有效性。对地面效应下共轴刚性旋翼的气动性能和流场进行分析,结果发现：相对于单独的上下旋翼而言,共轴旋翼地面效应下的拉力增益更大,这是由于上下旋翼桨叶表面的压强干扰受地面高压的影响而减弱;地面的干扰主要影响双旋翼尾迹的径向位置,对其轴向位置影响不大,上下旋翼尾迹在地面附近相互融合、分裂,形成复杂的桨尖涡尾迹;双旋翼在地效下的尾迹径向扩张半径比单旋翼大,这是由于双旋翼的径向射流速度更大;随着旋翼距地面高度的增加,双旋翼间的气动干扰强度逐渐恢复,因此下旋翼拉力增益的下降速度比上旋翼更大;共轴旋翼桨尖涡相对卷起高度和扩张半径均随离地高度增加而减小。     

纵列式直升机悬停飞行品质研究

以适合于飞行品质评价的纵列式直升机非线性飞行动力学模型为基础,根据有人驾驶垂直/短距起落飞机军用品质规范(MIL-F-83300)以及军用旋翼飞行器驾驶品质要求(ADS-33E-PRF),对纵列式直升机悬停开环状态下的飞行品质进行了计算分析.按照两种规范的要求,对纵列式直升机的动态响应特性与带宽、操纵特性与姿态敏捷性、轴间耦合以及横向突风扰动影响进行了分析,最后给出了一些有意义的结论.      

悬停状态直升机剪刀旋翼的试验研究

为了研究剪刀式旋翼的气动特征,在2m直升机旋翼模型试验台上进行了试验研究。试验中采用了新型研制的高精度旋翼天平和扭矩天平测量系统以及动态数据采集和处理系统,以确保试验结果的可靠性。作为对比,笔者首先针对普遍行浆进行了试验,给出了旋翼拉力和扭矩随总跷有变化的试验结果,然后,着重进行了剪刀式旋翼的试验,测量了旋翼的拉力和扭矩随不同的剪刀角的变化,并对不同旋翼间距对旋翼拉力和扭矩的影响进行了对比。结果表明,剪刀式旋翼的剪刀角和旋翼间距影响尾浆拉力大小,但对扭矩的影响不大。     

直升机悬停回转时尾桨载荷计算研究

本文推导了直升机尾桨线性和非线性的静、动力分析方法,从理论上推导出直升机尾桨叶在悬停回转时的运动学及动力学之间的关系,并对Z11型机悬停回转状态下尾桨叶载荷进行了计算。     

直升机悬停控制系统鲁棒控制器的设计研究

针对直升机悬停时参数的变化,提出一种在直升机悬停系统原速度回路基础上增加鲁棒控制器的控制方案。给出了设计方法;仿真结果表明这种方案的可行性。     

直升机悬停纵向运动模态的耦合

针对直升机运动模态内状态量间的耦合,提出了一种定量分析方法.该方法基于解耦得到的运动模态,结合气动导数矩阵,定量描述运动模态内状态量间的耦合,通过耦合的瞬时特性和积分特性定量区分各耦合.以Lynx,Bo105和Puma直升机为例,分析了三者悬停纵向运动模态的耦合特性.分析表明,纵向线速度通过空速稳定性对俯仰角速度的耦合作用在不稳定的悬停纵向振荡模态中起重要作用.基于算例的定量分析,筛选主要耦合得到简化模型,因此得到的运动模态固有频率和阻尼比的偏差小于2%,优于文献中的简化模型,说明了通过定量分析得到简化模型的可行性.      

直升机旋翼的瞬态飞行地面效应流场模拟

发展了一种用于分析地面效应中瞬态飞行状态旋翼流场的理论模型,采用CB3D时间步进自由尾迹格式求解旋翼的尾迹结构,并采用面元法模拟地面对旋翼流场的影响,针对离散数值计算中出现的部分尾迹涡线落入地面下方的非物理现象,引入了\"等体积\"修正方法对地面下方尾迹节点的位置进行修正。新模型计算结果显示,计算所得到的地面效应中\"环流\"和\"地面涡\"等特殊流动现象的位置和涡强与试验图像符合良好,可以反映瞬态飞行旋翼地面效应中的旋翼气动力变化机理。     

悬停状态地面效应对旋翼和机身气动特性影响

本文通过悬停状态地面效应对旋翼和机身气动特性影响的研究,探索它们之间内在机理,为旋翼性能、操纵性和稳定性提供悬停试验及分析结果。通过对试验与理论计算结果的分析,给出了模型旋翼在悬停状态下,旋翼气动特性随地面高度变化的现象,利用实测桨叶表面压力的方法进一步验证地效情况下旋翼功率随拉力变化的规律。     

全站仪在直升机悬停测试中的应用

介绍了如何将改造后的全站仪应用于直升机悬停性能测试的方法。经真实飞行试验检验,该方法理论严密,方案合理,改装简单,操作方便,成本低廉。较之原始的摄影测量法有无法替代的优点。     

直升机由悬停过渡到前飞的飞行特性研究

研究了直升机由悬停转前飞的过渡飞行中高度和速度变化。首先研究了计算方法,并以 Ｓ Ａ３６５ Ｎ 型直升机为例进行了核算比较,验证了分析方法的可行性和合理性;最后对一般直升机在各种发动机故障状态及操纵输入进行了分析计算, 得出了一些有意义的结论,这些结论将为今后的实际飞行提供有益的指导。     

悬停直升机回波信号检测和分类

 分析了直升机回波信号的特征,根据其旋翼回波信号周期平稳的特点,通过对长观察时间获得的直升机旋翼回波信号的相关处理,提高对低信噪比闪烁脉冲串信号的检测能力以增大雷达对悬停直升机的检测距离。在此过程中,根据闪烁脉冲出现的周期,提出的基于互相关系数的检测器,可同时完成对悬停直升机的分类。给出了仿真和实际直升机回波信号的分析处理结果。     

直升机旋翼悬停流场的欧拉方程计算

描述了三维Ｅｕｌｅｒ方程数值模拟旋翼悬停流场的过程,欧拉方程的求解采用了风格中心有限体积法、五步Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ时间推进格式。     

基于ILMI的直升机悬停控制律设计

提出了一种新的直升机悬停控制律设计方法。在建立了直升机数学模型后,通过迭代线性矩阵不等式方法(ILM I)求解基于线性二次型的直升机悬停控制律,使得直升机能达到满意的悬停性能指标,并且明显降低了控制器的保守性。仿真结果表明,使用该方法设计的控制器同时满足动态性能指标和稳态性能指标,与使用标准线性二次型方法设计的控制器相比,其性能指标在横侧向提高了12.3%,纵向提高了13.7%。     

直升机旋翼悬停流场的粘性数值模拟

在旋转坐标系下求解可压缩NS方程,对Caradona-Tung旋翼的跨声速悬停流场进行了数值模拟,计算中采用嵌套网格方法,并且应用了多重网格技术加速流场收敛.计算结果表明,多重网格技术显著改善了流场的收敛效率,计算量仅为单重网格的四分之一.文中同时还对无粘和粘性流场进行了对比,NS方程考虑了物面的粘性作用,能正确模拟出激波和边界层的干扰现象,计算得到的桨叶表面压力分布与实验值更加吻合.     

侧风对舰载直升机悬停性能的影响

针对舰载直升机小速度、大侧滑的飞行状态,采用了旋翼非均匀入流模型,导出了直升机在风场中的运动方程。以某型机为例,对不同风速条件下直升机悬停时的平衡特性进行了计算分析。计算结果表明:左侧风对该机悬停性能影响最大,而尾桨操纵裕度要求左侧风速不能超过30m/s,与同类直升机的飞行数据吻合。分析模型为制订舰载直升机的风险图提供了理论依据。