变转速旋翼直升机的续航性能与变速策略

根据飞行状态合理调整旋翼转速有利于降低需用功率和油耗,能够给直升机飞行性能带来好处。本文通过航程和航时的建模与分析,评估变转速旋翼对续航性能的影响。在此基础上,进行无级变速和有级变速策略研究,提出一级、二级变速方法。研究结果表明,优化转速对续航性能的提升很明显,旋翼有限级变速(一级、二级)和额定转速相比,可以显著减小其型阻功率,综合考虑,一级变速较适合于工程应用。

共轴刚性旋翼高速直升机配平及旋翼系统气动特性研究

以类S97构型的高速直升机为研究对象,通过全机平衡方程的建立,开展共轴双旋翼、尾部推进桨的气动特性研究,着重分析了不同前进比下转速变化对拉力/推力、功率的影响,研究其气动环境与常规直升机的差异,并从全机角度出发,进行共轴双旋翼、尾部推进桨的功率占比分析,研究旋翼转速、飞行速度、需用功率之间的内在关系,得到了高速直升机气动特性的基本规律以及影响其气动效率的一些因素。

CFD在舰船甲板流场计算与特性研究中的应用

本文通过运用CFD技术数值模拟舰船的运动,来求解各种舰桥风速和风向下的甲板流场。建立了某型舰船的物理模型和外流场网格,给出了甲板流场的结果矢量图,并与试验结果进行对比分析,得出流场规律,为直升机在甲板上的安全起降提供技术支持。

共轴刚性旋翼复合式高速直升机操纵与载荷研究

针对共轴刚性旋翼复合式高速直升机构型,分析了其操纵特点,提出两种配平操纵方式:切换操纵方式和耦合操纵方式,并分析了两种操纵方式的优缺点。从多操纵面的冗余控制出发,对耦合操纵方式的操纵规律进行了配平分析,并根据配平情况评估了旋翼和尾推桨的载荷结果。研究结果表明,共轴刚性旋翼高速直升机旋翼的总距操纵、周期操纵与飞行速度、机身俯仰角有一定关系,旋翼载荷和常规直升机相比大幅增加,同时和机身俯仰角也密切相关。

无人旋翼机旋翼气动分析与试验研究

为支撑某无人旋翼机方案设计,采用叶素理论和动态入流建立旋翼气动模型,进行旋翼参数分析。评估了旋翼半径和总距对旋翼拉力及轴倾角的影响,得到旋翼拉力和操纵规律。在大尺寸低速风洞开展无人旋翼机的试验研究,对独立机身、机身+旋翼组合体进行吹风,得到了不同风速及迎角下机身和旋翼的升力与阻力,并与计算结果进行对比,从而验证计算方法的有效性。通过旋翼气动计算与试验结果分析,研究了旋翼气动特性与设计参数、飞行状态及轴倾角操纵之间关系。最后提出了旋翼拉力与飞行速度和轴倾角的关系公式。

桨叶变形对旋翼气动性能的影响分析

针对某型机桨叶出现大面积变形情况,本文通过计算评估,分析了其在旋翼气动性能方面的影响。首先采用三坐标测量仪测量了变形桨叶的外形数据,并与理论外形进行了对比,然后用Euler方程加附面层修正方法,计算了二维翼型气动性能的变化情况,进而采用二阶升力线方法分析桨叶变形对旋翼性能的影响,得到了一些有价值的结论。

优化转速旋翼性能分析与应用

旋翼转速的变化会对直升机性能产生重要影响,通过建立优化转速旋翼性能分析综合模型,包含PetersHe广义动态入流模型和全机配平模型,以国产现役某轻型直升机为例,分析前飞速度、起飞质量、飞行高度等对变转速旋翼转速优化路径的影响,分析变转速旋翼技术对提高直升机航时等性能的可能性。分析结果表明:通过合理降低旋翼转速,可以使最大起飞质量下的需用功率降低30%;起飞质量越轻、飞行高度越低,旋翼优化转速越低,需用功率降低越明显;通过优化转速完全消耗400kg燃油,通过优化旋翼转速,可使最大续航时间提高20.5%,最大航程提高8.5%;桨叶内段布置厚翼型能提高桨叶刚度,增加大速度时需用功率,但对中低速度飞行时总体性能影响较小,不影响长航时的优点。

外挂武器对无人直升机纵向气动特性影响研究

针对外挂武器对无人直升机纵向气动特性影响的问题,采用雷诺时均Navier-Stokes(Reynolds average Navier-Stokes,RANS)方法对加装武器系统前后,不同前飞速度、武器安装角和挂载状态下的气动特性进行了数值计算。然后将大速度前飞状态时的气动特性与加装外挂武器之前的风洞试验结果进行了对比分析。结果表明,采用悬臂梁外挂方式加装武器对阻力有显著影响,前飞速度和武器发射安装角变化对纵向气动特性几乎没有影响。外挂武器安装位置和数量变化对无人直升机的纵向气动特性影响很小。研究结果可为武装无人直升机选择合适的武器外挂和发射方式提供参考。

直升机旋翼载荷飞行测试结果的分析与应用

针对直升机试飞实测数据量庞大的问题,采用了内存映像方法,大大提高了数据读取速度,比常用的I/O方法快几十倍甚至几百倍。同时针对直升机机动状态试飞数据周期性不是很强这一特点,提出了新的数据处理方法,并与传统方法进行了比较,结果显示了新方法的优越性。文章详细论述了旋翼载荷的测试情况、数据处理方法、旋翼载荷的理论计算方法、载荷的理论计算结果与试飞实测的对比分析,得出了相关状态的修正系数,并进一步应用于同类状态的计算载荷处理上。

外挂组合体对无人直升机气动特性影响分析

为研究某型无人直升机机身两侧的外挂组合体对其气动特性的影响,采用求解Navier-Stokes方程的方法,对直升机机身的气动特性进行数值计算,并与风洞试验结果进行对比,验证CFD(computational fluid dynamics)计算方法的准确性和可靠性。计算加装外挂组合体前后的无人直升机气动特性,包括不同侧滑角和不同挂载状态,并进行对比分析。结果表明,外挂组合体对无人直升机的阻力影响较大,对升力和俯仰力矩等影响较小。加装外挂组合体后,无人直升机气动特性受侧滑角变化的影响更大,外挂组合体中的导弹数量变化对无人直升机的阻力影响较大。研究结果可为加装外挂组合体的气动布局和减阻设计提供参考。

共轴式双旋翼直升机桨毂减阻设计方法研究

针对共轴式双旋翼直升机高速前飞时桨毂产生的阻力在全机阻力中占比很大的问题,采用参数化建模方法对某型共轴式双旋翼直升机的桨毂进行了减阻设计,然后采用CFD对该型机桨毂和各减阻方案进行了数值模拟计算。通过深入研究桨毂各部件的阻力特性和流场数据,剖析了桨毂阻力的产生机理,结果表明上下椭圆形回旋体+瘦腰圆柱体带切线后体整流罩的减阻方案能降低52%左右的阻力,中间轴整流罩尾缘的压力分布对减阻的效果有比较大的影响。类似地,该研究成果对降低共轴高速直升机的桨毂阻力具有显著效果。

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。

不同飞行速度下的共轴式直升机气动特性研究

近年来,共轴式直升机飞行速度越来越快,其气动特性也与常规直升机有比较大的差异。采用求解N-S方程的方法对某共轴式直升机算例样机的气动特性进行了数值计算,计算状态包括五种典型的飞行速度。通过分析全机和桨毂等部件的气动特性计算结果发现,在目前直升机的最高飞行速度范围内,共轴式直升机气动特性受飞行速度的影响比较小。未来随着直升机飞行速度进一步提高,全机和桨毂的阻力增长很快,同时全机和垂尾的偏航力矩变化比较大。研究结果对直升机减阻设计和气动布局选型有重要参考。

轻型无人直升机部件气动特性CFD计算方法研究

桨毂、起落架、平尾和垂尾等部件对直升机的气动特性、稳定性和操纵性等有比较大的影响,因此获得这些部件的气动特性在直升机研制过程中非常重要。分别采用风洞试验和两种CFD计算方法获得了某无人直升机算例样机的桨毂、起落架、平尾和垂尾四个部件的气动特性,并对三种方法得到的结果进行了对比分析。结果表明部件阻力、侧向力和滚转力矩的风洞试验值与CFD计算取值相差比较大,但是三种方法得到的升力、俯仰力矩和偏航力矩值相差比较小。两种CFD方法计算得到的部件气动特性差别比较小。研究结果可为直升机部件的气动特性风洞试验或数值计算提供一定的参考。

平垂尾大角度气动特性计算与试验结果相关性分析

平尾和垂尾是直升机重要的气动面,其气动特性数据是计算飞行品质和载荷等的设计输入。采用CFD方法分别对两种构型直升机的全尺寸和缩比模型进行了气动特性计算,计算状态包括大攻角和大侧滑角状态。之后提取出其中的平尾和垂尾气动特性结果,并与风洞试验结果进行了对比分析。结果表明,CFD计算得到的平尾和垂尾气动特性值与风洞试验结果变化趋势一致,其中平尾气动特性数据在数值上相差比较小,而垂尾气动特性数据在数值上的误差比较大。研究结果可为直升机平尾和垂尾大角度气动特性计算方法选取和计算结果修正提供一定的参考。

光机身气动特性计算与试验结果相关性分析

光机身对直升机气动特性影响比较大,准确地获得光机身的气动特性数据对直升机的内部系统布置与减阻设计具有重要作用。首先对三种不同类型的直升机光机身的气动特性进行CFD计算,之后分别采用增量法和比例法分析了计算结果与风洞试验结果之间的相关性。结果表明,光机身气动特性的CFD计算值与风洞试验结果的变化趋势一致。当攻角或侧滑角变化时,两者的差值变化比较大;但是在大部分攻角或侧滑角范围内,两者的比值在某个固定值附近。研究结果可为直升机光机身气动特性计算方法选取和计算结果修正提供一定的参考。

直升机桨毂减阻设计进展

针对直升机桨毂部分,系统介绍了气动减阻设计的进展情况,包括常规主旋翼、共轴式双旋翼和无人直升机旋翼桨毂的减阻设计方案。常规单旋翼直升机上主要采用整流帽进行桨毂减阻,共轴式双旋翼桨毂分别采用钝椭圆柱和翼型截面柱体整流罩对上、下桨毂和旋翼轴进行减阻,无人直升机的桨毂减阻设计方案与有人直升机类似。在风洞试验和数值计算研究中,通常会对影响减阻效果的整流罩设计参数和组合方式进行研究。目前,直升机桨毂减阻设计与应用还面临很多困难,需要综合考虑设计制造、部件干涉以及整流罩位置控制等问题。

无人直升机组合外挂体气动特性研究

某型无人直升机机身左右两侧的组合外挂体由挂梁、挂架、导发架和导弹四部分组成。采用CFD计算方法对组合外挂体的气动特性进行了数值计算,计算状态包括不同的导弹发射安装角和机身侧滑角以及无挂载状态,计算过程中考虑了机身、主桨毂、尾梁和平垂尾等部件的气动干扰。结果表明导弹对组合外挂体气动特性的影响很大,组合外挂体的升力、俯仰和滚转力矩随导弹发射安装角的改变呈线性变化趋势;无人直升机转弯飞行或遇到侧风以及挂载导弹时,组合外挂体对无人直升机的气动特性影响更大。研究结果可为无人直升机选择合适的武器外挂形式与安装角以及估算外挂组合体的气动特性提供有用的参考。

共轴式直升机桨毂阻力特性计算研究

共轴式直升机桨毂迎风面积大,表面结构复杂,产生的气动阻力占全机废阻的50%以上。采用求解N-S方程的方法对某型共轴式直升机桨毂的阻力特性进行了计算,分别研究了飞行速度、上下桨毂方位角和计算模型尺寸的变化对桨毂阻力特性的影响。通过分析计算结果发现上下支臂的气动阻力比较大,直升机飞行速度、上下桨毂方位角和计算模型尺寸变化对桨毂阻力的影响比较小。研究结果可为直升机桨毂减阻设计、阻力特性风洞试验和数值计算等提供一定的参考。

共轴刚性旋翼桨毂中间轴涡流发生器设计与减阻研究

为最大程度地降低共轴刚性旋翼桨毂的气动阻力,在其减阻设计方案中间轴处加装翼型截面的涡流分割器。首先设计了不同展长、弦长、安装位置和数量的涡流发生器加装方案,之后采用求解N-S方程的方法计算和分析了加装涡流发生器之后的桨毂阻力特性、表面压力和空间流动情况等。结果表明加装涡流发生器能使桨毂减阻方案的阻力降低约5%,弦长增大、涡流发生器位置向下桨毂方向移动有利于进一步降低阻力。研究结果可为涡流发生器的应用和桨毂减阻设计提供一定的参考。