倾转旋翼机涡环状态数值模拟及数学建模

倾转旋翼机垂直下降或斜下降过程中包含极为危险的涡环状态,为掌握涡环状态下其气动载荷、流场变化规律,建立涡环边界数学模型,为相应飞行仿真和飞行试验提供数学模型。采用基于滑移网格技术的CFD方法模拟了倾转旋翼机的涡环状态,研究了倾转旋翼机垂直下降飞行时涡环状态流场、力和力矩的演变规律,提出了倾转旋翼机涡环边界计算方法,并得出了涡环边界解析表达式。结果表明:与直升机涡环状态的主要区别为,倾转旋翼机的机翼降低了单个旋翼涡环状态的影响,但倾转旋翼机旋翼分布的对称性,提高了飞行器滚转力矩失衡的风险;倾转旋翼机垂直下降速率v_(H)/v_(h)为0.9左右时,会进入成熟的涡环状态,旋翼拉力损失最大,为18%;倾转旋翼机垂直下降时的涡环状态对应的下降速率为0.583≤v_(H)/v_(h)≤1.516,风险一方面来源于倾转旋翼机左、右两部分旋翼拉力不对称导致倾覆,一方面来源于倾转旋翼机旋翼拉力损失过大导致坠毁;根据涡环状态危险程度,建立了垂直下降和斜下降状态的涡环边界数学模型。结果可为倾转旋翼机的设计和安全飞行提供下降速度规避依据。

金针菇凝集素基因Fv-mJRL1的生物信息学分析及其共表达

Jacalin凝集素(jacalin-related lectins,JRLs)是一类含有一个或多个JRL结构域的蛋白质,参与生物或非生物环境刺激应答.本研究基于金针菇(Flammulina velutipes)基因组数据,注释筛选到其中一个JRL基因Fv-mJRL1,对其基因结构、蛋白质性质进行了生物信息学分析,并利用其上游调控序列进一步预测到该基因潜在的转录因子Fv-Mbp1.通过实时荧光定量PCR分析得知,无论是在不同栽培基质培养的金针菇菌丝还是在金针菇各发育时期的组织中,Fv-mJRL1基因与潜在的转录因子基因Fv-Mbp1之间都存在极强的共表达规律.生物信息学及实时荧光定量PCR分析为筛选挖掘基因潜在的转录因子提供便利,后期仍需利用下游分子实验进行更为精确的验证.

直升机垂直飞行状态气动参数辨识方法研究

准确计算直升机的悬停升限依赖于诸如桨尖损失系数,非均匀旋翼诱导速度分布,旋翼下洗引起的直升机增重效应及发动机与旋翼之间的功率传递系数等气动参数的准确度。然而,由于复杂的旋翼空气动力现象,准确预估以上气动参数有较大难度。本文提出了一种确定直升机垂直飞行状态上述气动参数的方法,该方法通过建立直升机垂直飞行状态的运动方程,实测直升机垂直飞行时的相关信息,采用参数辨识的方法得到直升机垂直飞行时的气动参数,然后,利用辨识结果确定直升机的悬停升限。结果表明该方法能有效地确定直升机垂直飞行时的气动参数及相应的悬停升限,且具有飞行试验简便,不受直升机装载和外界环境条件变化限制的特点。

金针菇疏水蛋白Fv-Hyd1及其潜在的转录因子Fv-Rtg3的共表达分析

疏水蛋白(hydrophobin,Hyd)普遍存在于真菌的气生菌丝、侵染结构或子实体表面,且存在时空性高丰度表达。不同真菌疏水蛋白在其各个发育阶段发挥不同的功能,如气生菌丝的生长、子实体原基的形成及其形态分化等。虽然已有众多报道指出Hyd与生物或非生物环境刺激所产生的抗逆性有关,但是对它与细胞分裂分化等生物学功能及其信号转导调控的关系仍了解甚少。通过培养金针菇(Flammulina velutipes)菌丝以及金针菇出菇实验,结合基因组及转录组数据、蛋白结构预测、系统发育进化树聚类分析等生物信息学分析鉴定金针菇中一个编码疏水蛋白基因Fv-Hyd1,并利用其上游序列预测该疏水蛋白基因潜在的调控转录因子,辅以实时荧光定量PCR(real time fluorescence quantitative polymerase chain reaction,qRT-PCR)数据和皮尔森相关系数鉴定它们的表达关系。结果表明,Fv-Hyd1与金针菇菌丝扭结和子实体原基的形成具有一定的相关性,与其潜在的转录因子Fv-Rtg3之间存在较强的共表达规律,并以此结合蛋白磷酸化位点预测,推测基因Fv-Hyd1的表达调控机制。

一种新的尾迹-地面干扰修正方法

在使用涡尾迹方法对处于地面效应状态下的旋翼进行气动计算时,会出现由于部分涡丝运动至地面下方而导致的尾迹迭代不易收敛、尾迹结构计算不够准确等问题。针对这一问题,基于空气的低速不可压理论,提出了一种新的尾迹-地面干扰修正办法。该方法与之前的方法相比,能将地面附近的涡丝修正到更准确的位置。算例表明,引入该方法的计算模型,获得的尾迹位置总体精度提高,尾迹迭代的收敛速度也有所增加。

基于ADS-33的直升机纵向操纵响应研究

美军航标 ADS-3 3 E-PRF对直升机操纵性的评价方法进行了重大革新 ,用带宽及相位滞后、动稳定性和快捷性来评价直升机的操纵性。本文首先对 ADS-3 3 E-PRF中有关带宽和相位滞后、动稳定性及快捷性的要求和指标进行分析讨论 ;建立了带宽和相位滞后、动稳定性及快捷性的计算模型 ,计算模型为线性模型并计入了操纵机构对带宽和相位滞后、动稳定性及快捷性的影响。最后 ,计算了样例直升机纵向通道的带宽和相位滞后、动稳定性及快捷性 ,并给出了样例直升机纵向通道的操纵性品质等级。

直升机机动飞行的逆模拟

本文给出了一种直升机机动飞行的逆模拟方法以计算跟随预定飞行轨迹的驾驶员操纵。根据这一方法可以确定为完成直升机机动飞行所需的驾驶员操纵输入及直升机的飞行速度、角速度和飞行姿态的变化历程。直升机飞行动力学模型没有作任何线化假设，其中考虑了旋翼入流的时滞效应、前行桨叶的压缩性和后行桨叶的失速特性及旋翼桨叶的非定常挥舞运动，引入了旋翼尾迹对直升机机身、尾翼和尾桨的气动干扰。最后以黑鹰直升机为例计算了鱼跃越障机动飞行时驾驶员操纵输入及直升机速度、角速度和飞行姿态的变化规律。

旋翼桨叶非定常挥舞运动的分析计算方法

从旋翼桨叶的实际气动环境出发导出了桨叶的非定常挥舞运动方程，其中考虑了影响旋翼桨叶非定常挥舞运动的各种因素，包括旋翼入流的时滞效应及前行桨叶的压缩性和后行桨叶的失速特性。给出了计算桨叶非定常挥舞运动的递推公式，并进而描述了雄翼的整体挥舞运动。最后以某型直升机为例，计算了直升机悬停及前飞中施加变距操纵后族双桨叶挥舞运动响应的过渡过程。结果表明：用本文所述方法能合理地计算旋翼桨叶挥舞运动的非定常过渡过程，而且其最终稳态值与经典桨盘平面方法得到的结果相同。本方法尤其适合于直升机机动飞行的分析计算。

悬停状态旋翼尾迹边界测量

介绍了用试验来定量确定悬停状态旋翼尾迹边界的方法，从物理本质分析了悬停状态旋翼尾迹的湍流特性，阐述了如何用热线风速仪来测量尾迹的湍流度并用湍流度来确定奖尖涡的位置和尾迹边界。揭示了悬停状态旋翼尾迹边界的一些特点最后将试验结果与国外的相应研究结果作了比较，发现两者吻合得较好。

悬停状态旋翼流场显示的试验研究

介绍了悬停状态旋翼流场显示的试验方法及相应的试验装置，阐述了用于冰汽化时产生的烟雾作为流场显示介质的优越性。指出显示介质的选用应综合考虑介质对流场显示效果的影响、介质对设备和操作人员的危害及试验的经济性和可行性等因素。并对烟雾喷嘴与旋翼相对位置对流场真实性的影响进行了研究，着重研究了桨尖涡喷嘴的不同径向位置对流场边界的影响及确保流场真实边界应采取的措施。最后，用试验的方法定性分析了桨叶片数、桨尖速度及桨叶安装角对悬停状态旋翼流场几何形状的影响。试验结果表明，本文研究方法与国外同类试验相比，在达到同样的流场显示效果的情况下，具有试验费用低、操作简便和对人、设备无危害的优点。

直升机对离散突风的响应

本文研究了直升机对离散突风的动态响应,文中所用突风模型均按规范要求选取,为分析不同突风模型对响应的影响,本文还讨论了正弦型突风模型和旋翼动力学模型。后者采用水平铰外伸量和桨叶根部有弹性约束的结构模型,其诱导速度在桨盘处的分布采用了由广义涡流理论所得的表达式。文中没有对直升机运动方程进行线化处理。本文以“直九”为算例,所得结果与规范较一致。

悬停状态旋翼尾迹研究及气动特性计算

本文用试验的方法显示了悬停状态旋翼的尾迹几何形状，并以试验结果为依据对现有的尾迹几何模型进行了修正。最后以两个模型旋翼为例，分别用修正前和修正后的尾迹几何模型计算它们在悬停时的气动特性和桨叶处的诱导速度分布。所得结果表明用修正后的尾迹几何模型来计算悬停状态旋翼的气动特性能有效地改善计算结果的准确性。

悬停状态旋翼非定常尾迹测量

用热线风速仪测量悬停状态旋翼尾迹的轴向、切向速度分量的时均值和瞬时值沿展向的分布及桨尖涡在轴剖面里的运动轨迹，得到了悬停状态旋翼尾迹的几何边界、桨尖涡在运动过程中的耗散和不稳定等非定常特性，研究了旋翼桨距、桨叶片数对悬停状态旋翼尾迹和桨尖涡运动轨迹的影响。结果表明：悬停状态旋翼尾迹轴向速度在其展向的最大值可达或超过动量理论值的两倍；而桨尖涡区域的瞬态值则高达动量理论值的１０倍。旋翼桨距、桨叶片数的变化对桨尖涡及其运动轨迹有显著的影响，而对内侧涡的影响不大。近距离尾迹边界与改进的通用尾迹模型尾迹模型相吻合，远距离尾迹的耗散和不稳定为修正通用尾迹模型提供了试验依据。

用数值模型研究树脂传递成型工艺中的树脂流动和温度变化(英文)

用控制体 /有限元方法建立了树脂传递成型工艺过程中树脂流动和温度变化的数学模型。考虑到热传导效应和树脂放热反应对温度变化的影响 ,对树脂传递成型工艺过程中树脂流动、温度变化的数值求解方法及相应的精度和收敛性进行了分析 ,最后对两种不同树脂传递成型工艺过程中的温度变化进行了计算 ,并与相应实验结果作了对比。结果表明 ,本文建立的数学模型能有效地确定树脂传递成型工艺过程中树脂流动和温度变化 。

共轴刚性旋翼飞行器配平特性及验证

针对共轴刚性旋翼与常规旋翼的区别,从挥舞运动、变距操纵和诱导速度3方面建立共轴刚性旋翼的气动力模型。采用等效挥舞运动概念,建立共轴刚性旋翼的挥舞运动方程;引入提前操纵角概念,建立与共轴刚性旋翼挥舞频率相适应的变距操纵模型;引入上下旋翼干扰因子,建立共轴刚性旋翼的诱导速度模型。在此基础上,建立共轴刚性旋翼飞行器飞行动力学模型,并以XH-59A直升机为例计算纯直升机飞行模式的配平特性,使用飞行试验数据验证了理论模型的正确性,同时讨论了共轴刚性旋翼飞行器与常规直升机配平特性的异同点。

直升机桨叶鸟撞试验方法的数值模拟

由于直升机旋翼的工作特点,使得全尺寸旋翼鸟撞试验很难进行,而在飞行器结构抗鸟撞的设计过程中,鸟撞试验是最终、最有效的检验方法,因此开展直升机桨叶鸟撞试验研究十分必要。采用Arbitrary Lagrangian Euleri-an(ALE)流固耦合方法分别对旋转状态的桨叶鸟撞以及端部受集中载荷作用的静止状态桨叶鸟撞进行了数值模拟,通过数值模拟结果对比,发现两种状态下桨叶的动态响应结果很接近,说明采用集中载荷替代离心载荷的静态鸟撞试验可以较好地模拟旋转状态下桨叶鸟撞试验,从而为直升机动部件鸟撞试验研究提供理论依据。

直升机吊挂飞行稳定性和操纵性分析

建立直升机吊挂飞行的直升机/吊挂物/吊索耦合飞行动力学模型。其中直升机基本飞行动力学模型,包括挥、摆耦合的旋翼桨叶挥舞、摆振模型和弹性扭转模型,采用动态入流理论的旋翼尾迹模型,并考虑了旋翼尾迹对吊挂物的影响,还有直升机六自由度运动模型;建立了吊挂物刚体运动模型和根据风洞实验结果确定的吊挂物气动力模型,吊索采用柔索模型。在此基础上,比较了无吊挂配平操纵量与实验结果和吊挂飞行配平计算结果,分析了吊挂物对直升机平衡稳定性的影响以及直升机质心位置和吊点位置对稳定性的影响,在频域里进行了吊挂飞行的操纵性分析,计算结果与飞行实测进行了对比,二者吻合较好。

直升机旋翼桨叶鸟撞动态响应计算

基于旋翼综合气弹分析程序,求解出直升机旋翼桨叶在飞行过程中的稳态响应。以此作为鸟体撞击桨叶的初始状态,采用非线性流-固耦合算法,建立了直升机旋翼桨叶鸟撞动力学方程,利用直接数值积分方法求解桨叶的动态响应。并讨论了鸟体速度、质量、撞击位置、桨叶根部约束和离心力等参数对桨叶动态响应的影响,从而为直升机桨叶抗鸟撞设计提供一些理论依据。

倾转旋翼飞行器的操纵策略和配平方法

根据倾转旋翼飞行器的构型特点,建立了倾转旋翼飞行器旋翼、机翼、短舱、机身、平尾(含升降舵)和垂尾(含方向舵)的气动力模型,研究了倾转旋翼飞行器的操纵策略以满足直升机模式的悬停/小速度飞行、直升机模式向固定翼飞机模式转换的过渡飞行和固定翼飞机模式的高速飞行,并运用最优方法研究倾转旋翼飞行器在不同飞行速度下作稳定对称飞行时的配平方法。最后以XV-15倾转旋翼飞行器为例,进行各种飞行模式的配平。结果表明:本文所述方法能合理地给出倾转旋翼飞行器在整个稳定飞行速度范围内的操纵量和姿态。

旋翼桨尖涡模型及其参数确定方法研究

介绍了基于有效湍流粘性系数假设的半经验桨尖涡涡核模型,并将桨尖涡拉伸压缩效应对涡核半径的影响引入该模型。采用流场显示的方法利用"粒子空白区"确定桨尖涡涡核半径,并进行了拉伸压缩修正以获得纯扩散效应引起的涡核半径增长量,以此来确定该模型的关键参数。参数确定结果表明,在中等到大涡雷诺数下湍流扩散效应引起的涡核扩散远大于分子动量扩散效应的作用,桨尖涡拉伸压缩效应对涡核半径的增长有重要影响。