舰载直升机空气动力学及其应用现状

舰载直升机空气动力学以旋翼空气动力学为基础,研究旋翼尾迹与海面气流、船体空气尾流之间的气动干扰。本文首先介绍研究旋翼空气动力学的试验方法和计算模型,对旋翼流场的主要特征进行归纳。在此基础上,从试验测量和数值计算两个方面综述舰载直升机气动干扰的研究现状,并对其研究成果在舰载直升机结构动力学、飞行动力学、导航与飞控等学科上的应用现状进行研究。通过研究可知,深入开展对舰载直升机空气动力学试验和计算方法的研究,并将其成果应用到相关工程领域,对于提高舰载直升机的设计和使用水平具有重大意义。     

无网格法在旋翼空气动力学计算上的应用初探

本文介绍了无网格法与现有的旋翼空气动力学有限元计算方法的区别,无网格法的发展历史和基本原理,并通过在直升机悬停状态下的旋翼流场计算初步验证了该方法的可行性。     

直升机旋翼系统载荷分析技术

直升机的飞行过程是一个复杂机械集合体在空气动力作用下进行复杂运动的过程,文中采用二阶升力线方法,进行非线性空气动力学动态/静态分析,通过弹性/刚性梁单元 弹簧连接件的处理方法和多体动力学方法,计算旋翼空气动力学和结构动力学的耦合影响。     

舰面流场下的直升机平衡特性分析

主要分析了舰载直升机在母舰甲板上方悬停时的平衡特性。采用CFD方法计算了母舰甲板上方的气流场,建立了适用于舰载环境的直升机飞行动力学模型,计算了UH-60A直升机在流场悬停位置处的配平值。在此基础上,计算了旋翼入流、载荷、功率以及机体姿态状态量的响应。仿真结果表明,舰面流场的非线性、不均匀等特点对计算值影响较大。通过与无离散模型计算结果的对比,表明了流场对直升机旋翼的垂向载荷影响较大,对机体姿态角速率的影响更为显著,破坏了直升机的平衡,对直升机在舰面流场环境下的飞行控制系统提出了更高的要求。     

舰面流场中起动位置对旋翼瞬态气弹响应影响

为研究舰面流场中直升机起动位置对旋翼瞬态气弹响应影响,通过CFD方法模拟得到舰面流场速度分布信息。旋翼动力学建模采用非线性准定常气动模型和中等变形梁假设,结合不同起动位置对动力学方程进行求解。结果表明:直升机起动位置越靠近舰艏和左舷,桨叶负向挥舞越大。在甲板中心1 m范围内,最靠近舰艏和左舷的位置负向最大位移可达159%旋翼半径,中心处负向最大位移仅为85%旋翼半径,源于靠近舰艏和左舷位置垂向气流变化梯度明显高于舰艉和右舷。研究表明舰面流场垂向气流变化梯度对旋翼瞬态气弹响应影响明显,改变直升机起动位置能有效降低旋翼瞬态气弹响应。     

跷跷板旋翼舰面瞬态气弹响应分析及抑制方法

为了研究跷跷板旋翼在舰面起动和停转过程中的瞬态气弹响应问题,本文在中等变形梁的基础上,引入跷跷板旋翼整体挥舞有限转角广义坐标,采用非线性准定常气动模型,根据Hamilton原理建立了基于广义力的跷跷板旋翼动力学方程,舰面流场采用试验测试数据。通过与国外试验数据及计算值的对比验证了本文计算模型的正确性。计算表明,舰面跷跷板旋翼存在桨叶过大挥舞与机体相碰的问题。对于可能防止相碰的机械措施和操纵方式进行了分析。      

计算空气动力学的流场和图形显示技术

本文阐述了计算空气动力学流场和图形显示的重要性,它的基本方法和主要内容;介绍了在VAX计算机上研制的计算空气动力学流场和图形显示软件的主要功能。     

直升机旋翼动力学国防科技重点实验室(中国直升机设计研究所部分)

直升机旋翼动力学国防科技重点实验室(中国直升机设计研究所部分)是由“七五”期间建成的旋翼机身组合模型实验台,“八五”期间建成的实验大厅、测试大楼和新添置的测试设备,2吨级旋翼试验台及尾桨试验台组成。实验室的主要研究方向是旋翼涡系研究、旋翼流场及干扰流场研究、高性能新型旋翼研究、旋翼非定常空气动力学研究、旋翼气弹耦合动力学特性研究等。该实验室目前共有研究员8人,高级工程师1人,工程师5人,人员年龄结构合理,专业分工明确,技术力量雄厚。直升机旋翼机身组合模型实验台是实验室的主体,在该实验台上已圆满地完成了大量的直…     

三轴式无人旋翼飞行器及自适应飞行控制系统设计

设计了一种操控简便的三轴式无人旋翼飞行器,由三组共轴双旋翼组成,各旋翼由直流电机直接驱动,只需调节各电机转速就能控制旋翼飞行器运动姿态和轨迹。为使三轴式无人旋翼飞行器飞行控制系统设计得到有效验证,研究了旋翼飞行器的飞行动力学非线性建模,运用叶素动量理论建立了共轴双旋翼变转速旋翼载荷计算方法,分析了旋翼入流分布对共轴双旋翼气动载荷模型的影响,通过试验验证了共轴双旋翼气动载荷计算模型的正确性。由于旋翼飞行器飞行动力学模型的非线性及未建模动力学的影响,难于建立非常精确的数学模型,给飞行控制系统设计带来了挑战。本文根据旋翼飞行器飞行动力学非线性模型推导出了旋转动力学模型逆和平移动力学模型逆控制器,利用神经网络在线自适应修正模型逆误差,采用线性PD或PI控制器调节指令跟踪误差,应用由向心回转和垂直上升组合的机动科目进行了仿真验证,给出了具有外界阵风干扰模拟的仿真结果,表明所设计的飞行控制系统具有自适应性和鲁棒性,能实现精确的轨迹跟踪控制。     

基于非结构网格CFD技术的旋翼气动噪声计算方法研究

将基于非结构网格技术的旋翼流场CFD计算方法与基于FW-H和Kirchhoff方程的声学方法相结合,建立了一套既适合于直升机旋翼厚度、载荷和桨-涡干扰噪声,又适合于跨声速高速脉冲噪声的综合计算模型。为提高旋翼流场及桨叶表面气动载荷计算的精度,主控方程的求解采用了三维可压非定常的N-S方程,网格划分则使用非结构运动嵌套网格方法。在噪声计算中,通过FW-H方法计算旋翼的厚度噪声和载荷噪声,并选取能够包含流场非线性区域的旋转面作为Kirchhoff积分面,由Kirchhoff方法计算包含四极子项的高速脉冲噪声。应用该模型,以AH-1旋翼为算例,计算了不同飞行状态下的旋翼气动噪声,并与可得到的试验结果进行比较,验证了方法的有效性。然后,着重对两种声学方法对计算结果的影响进行了对比研究,并分析了旋翼厚度噪声、载荷噪声和四极子噪声的特性。