旋翼螺旋桨/机翼巡航状态气动干扰规律研究

为优化倾转旋翼机气动布局,研究旋翼螺旋桨与机翼间复杂的气动干扰,在考虑有限翼展三维效应、翼尖小翼情况下,通过改变机翼外翼段的长度,研究了旋翼螺旋桨与机翼间的气动干扰规律。使用计算流体力学的三维非定常计算方法获得了巡航状态下旋翼螺旋桨与机翼的流场特征及气动特性参数,研究了螺旋桨滑流对机翼的上洗、下洗作用,以及机翼对螺旋桨滑流的阻塞作用。计算结果表明,随着机翼外翼段的增长,阻塞作用加大,螺旋桨的拉力系数、功率系数均有增大,并且存在周期性波动,波动幅值在5%~6%;机翼受螺旋桨滑流上、下洗作用,其升力系数和阻力系数都减小,但升力系数减小更为明显,升力系数和阻力系数都出现了1%左右的波动。计算同时也反映了有限翼展的三维流动特点。

旋翼/机翼气动干扰对复合式直升机性能影响

为研究旋翼/机翼气动干扰对双螺旋桨推进复合式直升机的高速飞行性能的影响,建立一种可快速预测复合式直升机飞行性能的模型,以加装机翼和螺旋桨的AS365N“海豚”直升机为样例,分析了400 km/h高速飞行时,旋翼/机翼气动干扰对全机飞行性能的影响及机理,并探讨了用副翼操纵配平气动干扰引起的机翼滚转力矩时,全机功率的变化规律。研究表明:气动干扰增加了机翼的诱导速度,导致机翼的升力系数降低、阻力系数增加。在旋翼不对称涡系的作用下,位于旋翼前行侧下机翼的诱导速度和升阻力系数变化比后行侧的更显著。气动干扰导致机翼升力分配从80.00%降低至71.59%,旋翼升力分配从20.04%增加至28.48%。旋翼、螺旋桨和全机功率分别增加了16.60%、1.86%和3.76%。气动干扰使机翼滚转力矩增加、旋翼滚转力矩减小,利于全机配平,但会增加全机功率。用副翼操纵来平衡由气动干扰引起的机翼滚转力矩时,旋翼侧向周期变距和阻力减小,降低了全机功率。

螺旋桨滑流与机翼气动力干扰及飞机升力特性研究

本文就螺旋桨滑流与机翼间气动力干扰进行了流动机理的探讨 ,对文献和实验资料进行分析研究 。

双拉力螺旋桨构型复合式高速直升机旋翼/螺旋桨干扰流场分析

基于动量源方法建立了针对双拉力螺旋桨构型(X3构型)复合式高速直升机旋翼/螺旋桨干扰流场分析的一个高效数值模拟方法,该方法适用于旋翼/螺旋桨之间相互干扰的计算与分析。在该方法中,旋翼和螺旋桨分别使用动量源代替,对干扰流场采用结构化网格进行划分。首先,进行了孤立旋翼、孤立螺旋桨、旋翼/机身干扰流场的算例计算验证了方法的有效性。然后,应用所建立的方法,着重进行了悬停及前飞状态下双拉力螺旋桨构型复合式高速直升机旋翼/螺旋桨干扰流场的数值模拟,分析了直升机迎角变化对前飞流场的影响,得到了一些关于旋翼/螺旋桨干扰流场的有意义的结论。

螺旋桨滑流与机翼气动干扰数值模拟研究

分别采用非定常方法和激励盘理论研究螺旋桨滑流对机翼的干扰作用,并对计算结果进行对比分析。非定常方法基于动态面搭接结构化网格,运用有限体积法求解非定常RANS方程。对于激励盘理论,首先采用点对点结构化网格,随单独螺旋桨旋转的方式进行非定常模拟得到螺旋桨桨叶压力分布,然后将桨叶压强分布转化为激励盘载荷分布,最后将载荷分布作为边界条件对干扰流场进行定常模拟。数值结果表明:除了在较大来流攻角时有所差异,两种方式得到的机翼气动力吻合良好;非定常方法可以得到螺旋桨与机翼的瞬时干扰流场,而激励盘理论则可以大大缩短数值模拟的时间并降低计算要求。

高速直升机旋翼/螺旋桨/机身干扰特性分析

研究双拉力螺旋桨复合式高速直升机的气动特性可以为高速直升机的设计及气动优化提供参考。基于动量源方法构建针对双拉力螺旋桨复合式高速直升机旋翼/螺旋桨/机身干扰特性数值计算及分析方法;对孤立旋翼、旋翼/机身干扰进行算例验证;应用所构建的方法对双拉力螺旋桨高速复合式直升机悬停及前飞状态的干扰流场进行数值模拟,分析机身对悬停流场影响及不同前飞速度旋翼/螺旋桨/机身干扰特性。结果表明:悬停时机身对气流的阻塞作用降低了旋翼的升力,螺旋桨对旋翼下洗气流的加速作用使旋翼升力提高;低速前飞时旋翼/螺旋桨/机身干扰较大,主要体现在旋翼下洗流造成螺旋桨滑流偏折以及机翼上表面压力分布增大,高速前飞时这种干扰较小。

计入螺旋桨干扰的倾转机翼飞行器气动特性研究

倾转机翼飞行器不仅拥有直升机固有的垂直起降能力,还具备传统固定翼飞行器特有的高速巡航的特点,是目前军民用飞行器研究的热点之一。针对传统倾转机翼飞行器存在螺旋桨气动效率低、倾转机构复杂的问题,提出四发串列式倾转机翼垂直起降布局形式,对该布局飞行器进行总体设计,完成螺旋桨周围流场特性、螺旋桨间干扰特性、螺旋桨和机翼之间干扰特性的研究分析,并制作验证机进行验证。结果表明:该布局很好地解决了螺旋桨气动效率低、传动机构复杂的问题,具有较强的可实现性及实用性。

面向旋翼飞机螺旋桨干扰的AM通信语音信号智能增强方法

为改善旋翼飞机空地语音通信质量,针对旋翼飞机螺旋桨造成的幅度调制(Amplitude Modulation,AM)信号复杂多频干扰以及恶劣机舱背景噪声,提出了一种通信语音时频掩膜智能增强方法,从而实现对机舱噪声与复杂干扰的有效抑制。该方法首先对原始时域语音信号进行分帧与加窗,通过短时傅里叶变换获取幅度谱与相位谱;然后将原始幅度谱作为网络输入,采用深度神经网络分析其语音信号的特征,采用长短期记忆网络挖掘语音信号的时序上下文信息,实现对语音时频掩膜的准确估计,并将其用于增强原始幅度谱以得到网络输出;最后结合原始相位谱,通过逆短时傅里叶变换获得增强后的时域语音信号。仿真与实际测试表明,该方法可有效抑制旋翼飞机环境下的干扰噪声,提高通信语音信号质量。

倾转旋翼机旋翼对机翼气动干扰的建模及分析

建立了一个耦合旋翼自由尾迹模型和机翼面元模型的悬停状态旋翼/机翼气动干扰迭代计算方法,用于分析旋翼对机翼的气动干扰影响。在该方法中,为较好地模拟大桨盘载荷及大扭转桨叶的气动特征,旋翼桨叶采用Weissinger-L升力面模型;为考虑厚度效应及机翼的升力影响,建立了包含源面元和偶极子面元的厚度机翼模型;为正确模拟旋翼桨尖涡与机翼表面间的贴近干扰,采用了一个"分析数值匹配法"的"贴近涡/面干扰模型"。应用上述方法,对单独倾转旋翼下洗流分布以及旋翼对机翼的气动干扰影响进行了计算。结果表明,在旋翼下洗流场的干扰下,机翼各剖面都产生向下载荷,但并非简单地随拉力系数的增大而增大;机翼受到的旋翼干扰影响与旋翼下洗流沿桨叶展向变化密切相关。

鸭式旋翼/机翼飞机悬停及小速度前飞气动干扰实验研究

鸭式旋翼/机翼飞机是一种新概念可垂直起降高速飞行器,为了解该飞机在悬停及小速度前飞时的全机气动干扰特性,在南京航空航天大学开口风洞中进行了飞机全机气动力实验,实验采用多台测力天平分别测量主机翼和机身的气动力。结果表明,悬停时受主机翼高速旋转产生的下洗尾流影响,机身产生了较大的法向力和低头力矩;前飞时下洗尾流对机身的法向力和俯仰力矩有比较严重的干扰,对滚转力矩和偏航力矩干扰较小,对侧向力有一定影响。实验结果为飞机的飞行动力学特性研究以及控制律设计提供了参考。

螺旋桨滑流对自转旋翼气动特性影响分析

前飞时,自转旋翼机的螺旋桨滑流穿过桨盘平面,会对旋翼产生非定常气动干扰。基于RANS(雷诺平均Navier-Stokes)方程,采用运动嵌套网格方法建立适用于自转旋翼-螺旋桨气动干扰流场的计算分析方法,并对模型进行模拟;分析低速情况下,孤立状态自转旋翼和组合状态自转旋翼非定常气动特性及流场特性,同时分析不同速度和螺旋桨位置对自转旋翼气动特性的影响。结果表明:螺旋桨滑流会影响自转旋翼在各个方位角的升阻力特性,并使得自转旋翼尾迹在0°方位角附近发生畸变;相同拉力下,来流速度越大旋翼后倾角越小,螺旋桨滑流对自转旋翼的影响越小;增大螺旋桨与自转旋翼的间距可以减弱螺旋桨滑流对自转旋翼的气动干扰。

倾转旋翼机旋翼与机翼干扰数值模拟分析

基于计算流体力学有限体积法及动参考系方法,对倾转旋翼机旋翼/机翼干扰流场进行了数值模拟和分析。倾转旋翼机旋翼/机翼干扰流场是非常复杂的非定常流场,采用动参考系方法能将旋转非定常问题转化为定常问题,减小了计算量。旋翼翼型为NACA 0012,计算网格为非结构网格,湍流模型为κ-ε模型,通过改变旋翼桨叶安装角,得出机翼所受压力的变化规律。计算结果表明:悬停状态下,倾转旋翼机旋翼与机翼之间存在气流干扰,其中机翼的上表面受到旋翼下洗气流的压力,沿展向呈曲线分布;机翼上表面受到旋翼下洗气流的气动干扰,中心点压力和最大压力范围随旋翼安装角的变化增大,但中心位置变化不大。这一规律为倾转旋翼机的倾转布局研究提供了依据。

倾转旋翼机旋翼/机翼气动干扰的试验研究

在模型旋翼台和风洞中,针对倾转旋翼机旋翼/机翼的两个主要干扰状态(悬停和低速前飞)进行了试验,分别测量了悬停状态不同机翼安装角和旋翼总距角、前飞状态不同机翼安装角和吹风速度等试验条件下的倾转旋翼拉力、扭矩以及机翼上下表面压力分布,并对试验结果进行了分析,得出了一些有意义的结论,为进一步研究倾转旋翼机旋翼/机翼气动干扰的特性问题做了些探索性的工作。

机翼对后置螺旋桨性能影响的研究

运用旋转坐标系对RANS方程进行求解,分析机翼对后置式螺旋桨的影响规律。研究结果表明:与无机翼相比,在相同情况下,机翼可以增加螺旋桨的推力和扭矩,但对推力的影响更为明显;机翼尾部的下洗流改变了螺旋桨附近流场,使流动方向偏向螺旋桨;螺旋桨前后压强均比无机翼时大,而且螺旋桨出口压强增大更为明显;流经螺旋桨的质量流量净增量在有机翼时更大。计算结果可以为工程应用提供参考。

复合式垂直起降固定翼无人机旋翼和机翼的干扰分析

复合式垂直起降固定翼无人机是一种兼具多旋翼无人机和固定翼无人机性能的复合式无人机,该类无人机旋翼与机翼之间的相互气动作用比较复杂,旋翼安装位置对无人机整体性能具有影响。采用实验和流体仿真两种方法对其气动特性进行分析,初步确定旋翼的安装方式,并结合无人机的平飞状态进一步确定旋翼的安装距离。结果表明:无人机的旋翼安装在机翼下方时的整机悬停效率比安装在机翼上方时的整机悬停效率要高,且结合无人机的悬停时间和平飞时间能够找到一个功耗最低的最佳安装距离。

鸭式旋翼/机翼飞行器转换末段气动特性

采用数值模拟方法研究鸭式旋翼/机翼(CRW,Canard Rotor/Wing)飞行器在转换过程末段,旋翼转速极低时全机气动特性变化规律及其产生原因.给出了旋翼旋转一周时,全机气动力、气动力矩、焦点位置变化规律,对此布局形式,转换过程末段全机升力、阻力变化幅度可达10.7%,3.7%,焦点可移动0.6m.研究显示:旋翼处于前后不对称流场及旋翼处于不同方位角时对机体的不对称干扰是气动力与气动力矩变化原因,旋翼与平尾升力线斜率变化、旋翼自身焦点位置变化导致了全机焦点移动.

螺旋桨/机翼相互干扰的非定常数值模拟

针对太阳能无人机分布式螺旋桨滑流问题,采用基于结构/非结构混合网格的CFD方法进行了非定常数值模拟.通过截取翼段消除有限翼展三维效应的影响并简化研究对象,将滑移网格和转捩模型应用于数值模拟;分别研究了螺旋桨位于翼段前方和后方的情况,并与干净螺旋桨和干净翼段进行对比.结果表明:螺旋桨位于翼段前方或后方均使得翼段升力、阻力、低头力矩增加并呈周期性波动,同时螺旋桨位于翼段后方时对翼段的影响较小;而翼段的存在使得螺旋桨的拉力、吸收功率和效率增加并呈周期性波动,流场的非均匀性导致了螺旋桨振动.

螺旋桨滑流与机翼气动干扰的非定常数值模拟

基于动态面搭接网格,求解非定常雷诺平均Navier-Stokes方程模拟螺旋桨滑流与机翼的干扰流动。分别对3种构型,即:单独螺旋桨+短舱构型、螺旋桨+短舱+机翼构型以及短舱+机翼构型进行流场数值模拟,对比分析了机翼对螺旋桨滑流流动结构的干扰,在滑流作用下机翼气动特性的改变以及机翼对螺旋桨桨叶气动力的影响。模拟结果表明:机翼的出现破坏了螺旋桨滑流原有的周期性,改变了其涡量分布,并且在滑流区尤其是翼根附近产生非常复杂的干扰流场;旋转的滑流改变了机翼绕流的当地迎角,从而影响机翼的气动特性,且在小前进比时影响更大。在螺旋桨一个旋转周期内机翼阻力呈现正弦状周期性变化;机翼的存在导致单片桨叶拉力略微增大,并在一个旋转周期内出现两次波动。

倾转旋翼机旋翼/机翼气动干扰研究

基于FLUENT流体力学软件,进行了倾转旋翼机旋翼/机翼干扰流场的模拟和分析。描述了计算模型的建立和模型网格划分的过程,为数值模拟提供了一个完整的流动模型,并模拟了机翼的压力分布;通过改变旋翼桨叶安装角和旋翼相对机翼高度得出机翼所受压力的变化规律。计算结果表明,悬停状态下,倾转旋翼机旋翼与机翼之间存在气流干扰,其中机翼上表面受到旋翼下洗气流的压力沿展向某一较小范围发生明显突变;机翼上表面受到旋翼下洗气流的气动干扰中心点压力和最大压力范围,在一定范围内随着旋翼安装角增加而增大,但中心位置变化不大;随旋翼相对机翼高度减小而增大,气动干扰中心点向机身方向前移。根据这一规律,对倾转旋翼机的倾转布局提出了一种改进的方法。

复合式直升机前飞状态旋翼-机翼干扰计算分析

采用自由尾迹算法和涡格法,编制了针对复合式直升机旋翼-机翼升力系统的气动计算程序,对于旋翼和机翼间的气动干扰情况进行了初步分析,计算了不同前飞速度下机翼旋翼之间的相互干扰情况,计算结果验证了程序的可行性.同时表明:机翼-旋翼间的干扰与速度有较大关系,而机翼对旋翼扭矩的影响大于对旋翼拉力的影响.由于相互干扰的存在,旋翼和机翼的效率都会降低.这为复合式直升机的设计提供了参考和分析工具.