纵列双桨无人机的气动仿真分析

为解决纵列双桨无人机的桨叶重叠部分的气动干扰导致的旋翼效率减少问题,基于计算流体力学(CFD)方法对纵列双桨无人机的气动特性进行了仿真分析,包括不同攻角、两桨叶相对位置变化以及整流罩气动外型优化。结果表明:在不同攻角下,无人机的攻角对升力系数的影响大于阻力系数;无人机两桨叶在纵向距离3420 mm、轴向距离540 mm时旋翼的干扰最小,效率最高。之后进行了无人机整流罩优化,得到了更加理想的气动外型。为纵列双桨无人机的气动设计提供了重要的参考和指导,同时也为无人机的发展和应用提供了有益的实践经验。

基于重叠网格的风力助推转子绕流研究

利用风力助推转子辅助推进在实际工程中广泛应用,但以往的研究多局限于低雷诺数和单圆柱的范畴。本文基于重叠网格技术研究亚临界雷诺数范围内串列双圆柱体绕流,寻找合适的转速比实现航行器辅助推进。研究结果表明,旋转圆柱体产生的横向力可以为航行器提供辅助动力。然而转速比较大时,上下游圆柱产生的横向力差距变大,这对航行器的航向稳定性不利。要消除这种不利的影响,下游圆柱体需要更大的转速比才能平衡这个扭矩。随着转速比的增加,旋转圆柱体的尾涡由交替脱落转变为无明显的漩涡脱落,上游圆柱体对下游圆柱体的影响逐渐削弱。

串级自抗扰控制器在纵列式双旋翼直升机飞行姿态控制中的应用

本文将自抗扰控制应用于直升机飞行姿态控制中,针对纵列式双旋翼直升机的飞行姿态控制问题,设计串级自抗扰控制器,并进行了参数整定,得到了优良的仿真结果.进而在实际装置上,调试出了令人满意的飞行姿态实时控制结果.对比于线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)控制算法,文中所设计的串级自抗扰控制器显然具有更加精准的控制精度,能更加满足快速性的要求,并且更具有鲁棒性、抗干扰性能以及对非线性强耦合系统的解耦能力.

反转叶轮风力机非定常尾流对下游环境的影响

针对传统单转轮风力机设计,研发了用于减小湍流尾流影响、抗台风的新型两级双转轮风力发电机组,探讨了风力机非定常尾流对下游环境的影响,并设定了一个包括地面境界层在内的大空间计算域进行离散数值解析。研究结果表明,两转轮在不同转动位置时压力分布呈规律性动态变化,湍流影响比传统单轮小,动力特性好。

基于PIV技术的纵列式双旋翼尾迹特性实验研究

将现有单旋翼实验台进行改装,以适合于纵列式双旋翼的实验研究。基于PIV技术,针对悬停和前飞状态下的纵列式双旋翼时的桨尖涡特性进行了测量。通过改变前后旋翼的水平和轴向间距,调整两旋翼之间的重叠区域,研究了不同气动布局纵列式双旋翼干扰状态下的尾迹结构,并与单旋翼进行了对比。结果表明:悬停状态,随两旋翼纵向间距的增加,桨尖涡的轴向位移也逐渐增大,但桨尖涡径向位移并不是随纵向间距的改变而规律变化,在纵向间距为1.8R附近时最小;而双旋翼轴向间距的变化对桨尖涡的径向和轴向位移均有影响,但变化都不是很大。

前、后排叶片相对位置对串列转子性能的影响

在折合叶尖切线速度381m/s条件下,利用跨声串列转子技术实现了总压比2.25,负荷系数高达0.55的风扇转子设计。基于数值模拟结果,分析了串列转子前、后排叶片周向和轴向几何相对位置的变化对各自其整体性能的影响及原因。研究结果表明:前、后排几何相对位置的变化改变了后排叶片堵塞系数及其进、出的轴向速度和气流角,因而改变了速度三角形,导致了串列转子整体及各排叶片速度三角形及特性的变化;对于前、后排叶片最佳几何相对位置的选择,当后排叶片在前排叶片弦向上有0.1～0.15倍弦长的重叠时、后排叶片在周向上较为靠近前排叶片压力面时,串列转子能够获得较高的气动性能。

三自由度双旋翼直升机的离散动态分析

三自由度双旋翼直升机模型是动力学系统研究中的重要实验对象,也是研究直升机飞行控制技术的理想平台。针对非线性三自由度直升机模型系统,考虑在多率采样保持条件下,使用Taylor方法导出了比经典的Euler模型更精确的近似离散时间模型,进一步分析并给出该近似离散模型的局部截断误差为T5,其中T为采样周期。在此基础上,论证了导出的近似直升机离散模型包含着新增加的采样零动态,同时也探讨了这类采样零动态相应的精确渐近特征和稳定条件。

纵列式直升机双旋翼流场及性能试验

通过加装一台套单旋翼试验台,与原有的单旋翼试验台组成了双旋翼试验台。基于测力天平和P IV技术,通过改变前后两旋翼的水平和轴向间距,测量了纵列式双旋翼不同气动布局干扰状态下的流场特性和旋翼性能,并与单旋翼情况进行了比较。分别给出了悬停和前飞状态下的旋翼速度场和涡量场分布,对比了不同纵向和轴向间距对双旋翼性能的影响。结果表明:悬停时,后旋翼性能和单旋翼基本一致;前飞时,后旋翼性能比单旋翼差,且随前进比的增加,后旋翼性能与单旋翼性能的差距会更大。

旋翼结冰模型与纵列式直升机平衡特性分析

为了研究纵列式直升机结冰后的飞行动力学问题,基于CFD(ComputationalFluid Dynam ics)技术提出了旋翼结冰的理论模型;基于旋翼冰风洞试验数据,考虑桨叶表面附着冰脱落及桨叶表面局部温度对结冰的影响,提出了旋翼结冰的工程模型.建立了纵列式直升机结冰后的飞行动力学模型,研究了不同飞行速度条件下结冰对样机CH-47B平衡特性的影响,分析了环境温度、结冰时间、液态水含量以及平均水滴直径对旋翼扭矩的影响.计算结果的对比分析显示:两种结冰模型在计算精度上基本一致,表明结冰模型合理,能够用来进行结冰后的飞行动力学分析,为纵列式直升机结冰后的飞行动力学研究奠定了基础.

纵列式直升机双旋翼流场特性的自由尾迹分析

将旋翼尾迹模型与旋翼配平模型进行耦合求解,建立了一个分析纵列式双旋翼流场的迭代计算方法。为充分模拟双旋翼的干扰影响及桨尖三维效应,使用了畸变的自由尾迹模型,桨叶模型则采用升力面/涡格方法。应用该耦合方法,计算分析了纵列式直升机双旋翼在干扰状态下的尾迹结构及旋翼重叠区域的流场特性,并与单旋翼做了比较。计算表明,悬停时,纵列式双旋翼重叠区下方的下洗速度大于单副旋翼的诱导速度,但小于两副旋翼诱导速度的简单迭加;前飞时,随飞行速度的增大,尾迹重叠区域减小,两副旋翼相互间的干扰也逐渐减弱。

纵列式双旋翼悬停状态气动干扰特性参数影响分析

建立了一个纵列式直升机双旋翼气动干扰特性分析的自由尾迹迭代方法。在该方法中,考虑了双旋翼以及旋翼与尾迹之间的相互干扰影响,将旋翼尾迹模型、桨叶气动力模型以及旋翼配平模型进行耦合求解。同时给出了一个适合于双旋翼干扰计算特点的配平方法。计算了悬停时干扰状态下的双旋翼诱导速度分布以及旋翼性能,并与试验数据进行对比,验证了方法的有效性。应用上述方法,对比分析了纵列式双旋翼与单旋翼的性能,结果表明:悬停时纵列式前、后旋翼的性能都比单旋翼时的要差。文中进一步系统地分析了悬停状态双旋翼纵向间距和轴向间距对气动干扰特性的影响,结果显示:当纵向间距为1.3R时,纵列式双旋翼相比两单独旋翼需要额外的附加功率为8.5%,且随纵向间距的增大,附加功率减小并出现负值,当纵向间距为1.85R时,附加功率最小。

新型共流型转子与啮合型转子构型对胶料性能的影响

将新型共流型转子和啮合型转子分别应用于串联式密炼机中,对比两种转子构型的混炼机理和混炼过程;利用传统全钢载重子午线轮胎胎面胶配方设计正交试验,得到不同的工艺参数。对胶料性能数据的对比分析结果表明,新型共流型转子相对啮合型转子在串联式恒温反应式下混炼对胶料性能的影响更优。

胶料停放时间对两段式串联混炼工艺的影响

采用串联式密炼机,分别研究停放时间对啮合型转子和剪切型转子密炼机混炼胶质量的影响。结果表明,停放时间对啮合型转子串联式混炼的影响大于剪切型转子串联混炼,经综合分析混炼胶的各项物理性能,可知胶料停放时间3 h为最佳值。

高负荷条件下吹吸气静子设计及其与串列转子的组合研究

进行了吹吸气静子的设计,并将其与串列转子组合生成一级高负荷扩压级。在吹吸气静子设计过程中研究了吹吸气的位置、稠度等对流动控制的影响。研究结果表明:本文中生成的高负荷静子能达到0.9的扩散因子而不发生分离;吹吸气可以控制从49%轴向弦长处开始的分离,最佳吸气位置在分离点略微靠后的某个位置;最终组合而成的高负荷扩压级能够基本达到原始某高压压气机后两级的做功效果,并有较高的绝热效率,达到设计目标。

斜流压气机串列转子流场特性分析

以斜流压气机串列转子为研究对象,运用CFD软件进行了数值模拟,获得了该压气机在100%和80%设计转速下S1流面流场、子午流场、阻塞工况及近失速工况的流场特性,为斜流压气机串列转子的设计和性能分析提供参考。研究结果表明:该斜流压气机在设计转速(69900 r/min)下超声速特性明显,特性曲线较陡峭;当转速小于80%设计转速时亚声速特性明显,特性曲线较平缓。随着转速的减小,压气机的稳定裕度逐渐增大。该斜流压气机串列转子叶根和叶中截面的损失主要来源于叶型尾缘的掺混损失和叶型吸力面的小范围激波损失;而叶尖截面的损失主要来源于叶型吸力面的大范围激波损失、激波与附面层的相互影响的损失和激波与叶尖泄漏流相互作用的损失。该斜流压气机进入近失速工况后,前排转子的激波强度进一步增大,并且叶间存在大范围低速区,造成流动损失进一步增大。

力矩电机串联式回转机构的设计与研究

对外转子式力矩电机的串联布局驱动方式和并联布局驱动方式进行了对比和分析,并对力矩电机串/并联驱动技术做了深入的研究,针对双摆角数控万能铣头的C轴和车铣复合加工中心的B轴等数控机床的回转进给机构,提出了一种利用两台标准的外转子式力矩电机串联驱动的大扭矩回转机构,并对其夹紧系统和冷却系统提出了相应的设计方案,解决了传统直驱式回转轴设计方法中存在的单一标准力矩电机驱动扭矩小和非标式力矩电机采购成本高等问题。

弯掠优化对高负荷跨声速串列转子的影响分析

为了研究三维弯掠优化对串列转子性能的影响,设计了一套基于NURBS参数化方法和Kriging代理模型的串列转子三维弯掠优化系统。以一高负荷跨声速串列转子为研究对象,分别研究了掠形优化、弯形优化和复合弯掠优化对串列转子性能的影响。结果表明:三维弯掠优化可以改善串列转子的性能,与原型串列转子相比,前掠转子、正弯转子和复合弯掠转子在近设计点的效率分别提高了1%,1.03%,1.47%,正弯转子的稳定裕度增加了23%,但前掠转子和复合弯掠转子稳定裕度有少许下降。在高负荷跨声速串列转子的弯掠优化造型中,前掠造型能改善串列转子叶中和叶尖的性能,叶根性能有所下降,正弯造型能改善串列转子大部分叶展的性能,弯掠优化造型提升高负荷跨声速串列转子效率的原因是弯掠优化降低了转子通道正激波的波前马赫数,而激波位置基本不变。

超声速串列转子三维流场数值分析

为了揭示超声速串列转子流场的流动规律,运用全三维粘性流场计算程序对超声速串列转子的流场进行了数值模拟。结果表明,超声速串列转子可以实现激波增压和气流折转增压的联合应用。串列转子前后排叶片的相互干涉导致后排叶片前缘形成脱体激波,引入了一定的激波损失;前排叶片65%～75%叶高范围内近压力面低速流体区的存在一定程度上限制了后排叶片的增压能力;转子通道内叶尖泄漏流、通道激波和机匣附面层的相互作用造成转子前后排叶片叶尖处的气流落后角增大;串列转子出口静压的升高将削弱转子内结尾激波强度,提高转子气动效率。

周向布局对串列转子气动性能的影响研究

串列叶栅是提高轴流压气机气动负荷的有效途径。在串列转子设计中,前后排转子的周向相对位置对其效率和失速裕度具有重要影响。研究发现当后排转子前缘靠近前排转子压力面时,串列转子效率和失速裕度均要优于其他周向布局形式。在设计工况,后排转子的势影响对前排转子吸力面流动有着重要影响,当后排转子前缘逐步靠近前排转子压力面时,可以改善前排转子吸力面尾缘区域的压力梯度,避免吸力面发生流动分离;在近失速工况,当后排转子前缘靠近前排转子压力面时,利用后排叶尖泄漏流与前排尾迹之间的流动掺混,可以有效减小后排通道中叶尖的气动堵塞,有效拓宽串列转子的失速裕度。

双旋翼无人机串级线性自抗扰控制

介绍线性自抗扰控制器(LADRC)和串级线性自抗扰控制器的组成结构,包括线性跟踪微分器、线性扩张状态观测器以及线性误差控制律,并给出各部分的典型算法。为了解决纵列式双旋翼无人机姿态控制系统中欠驱动、多变量、强耦合的控制问题,设计串级线性自抗扰控制器。研究结果表明:所设计的串级线性自抗扰控制器参数少,便于参数整定,能够满足控制精度及快速性的要求,并且具有较强的鲁棒性、抗干扰性能力以及对非线性强耦合系统的解耦能力。