悬停气弹稳定的盒型梁桨叶动力学多目标优化

基于有限元法建立了盒型梁桨叶的挥舞/摆振气弹稳定性分析模型,提出了多目标、多约束条件下的灵敏度分析方法,采用Satisficing Trade-off Analysis算法,实现了盒型梁桨叶气弹稳定性条件下多约束、多目标优化。最后完成了模型旋翼桨叶的优化与对比验证。结果表明:在气弹稳定条件下,在自转惯量、振动固有频率等多约束条件下,实现桨叶质量减少11.3%,应力减少3.7%的多目标优化,优化性能良好。

实时飞行器仿真系统的液体载荷动力学算法

精确的流体运动计算耗时且对计算环境要求高,一般只能用于离线计算分析任务。对于实时飞行器要求快速计算的场合,一般只能使用简化模型,精度低,且无法完整模拟实际情况。针对这一矛盾,依靠图器(Graphic processing unit,GPU)的强大计算能力,给出了一套基于光滑粒子流体动力学(Smoothed hydrodynamics,SPH)方法,并利用GPU实现全部计算的实时液体载荷计算方案。作为一种无网格流体法,SPH保证了流体特性计算上的准确性。针对GPU平台大规模并行特性的优化,使得计算速度远远超基于CPU的解算方案,最终达到实时交互的水平。与CFD软件OpenFOAM对同一工况仿真计算,实验明,本方法能够获得精确的液体运动仿真结果,且每步计算所用时间小于仿真步长时间,达到实时水平,足实时飞行器仿真系统对液体载荷子系统的动力学仿真要求。

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。

自转旋翼气动特性分析及试验研究

从理论分析和试验验证两方面对自转旋翼气动特性进行了研究。采用叶素理论,以数值积分的方法建立自转旋翼气动模型,通过建模计算分析得出自转旋翼气动特性桨盘分布及与参数的关系。从原理性到实用性对试验模型和方案进行了设计。通过风洞试验,既验证了理论计算方法和结果正确可行,又发现了实践中存在的最小风速和最低预转速规律等问题。

高速直升机涵道风扇矢量推进系统模型悬停状态的气动力测量研究

为了提高直升机的飞行速度,出现了用涵道风扇矢量推力系统取代常规的尾桨和尾翼的复合式高速直升机。然而,涵道风扇矢量推进系统各部件间相互作用很复杂,从理论上确定涵道风扇矢量推进系统的气动特性尚有相当难度,为了研究涵道风扇矢量推进系统气动特性,利用涵道风扇矢量推进系统试验模型,通过试验实测该系统在轴流状态的气动力及舵面偏角和设计参数对系统气动力的影响,得到了一些涵道风扇矢量推进系统所特有的气动现象,其结果可作为理论建模的依据。

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。

倾转旋翼过渡状态瞬态响应分析与试验

基于多体动力学分析方法建立倾转旋翼过渡状态瞬态响应分析模型,研究过渡状态下倾转旋翼非线性非定常气弹耦合动力学特性;通过引入倾转过程旋翼尾迹弯曲的影响,修正了直升机旋翼常规动态入流模型。集成非定常动态入流方程与倾转过渡状态的多体动力学方程,建立倾转旋翼过渡状态下时域非定常耦合分析模型。以两片桨叶的跷跷板旋翼为例,分析倾转过渡状态旋翼瞬态挥舞响应及旋翼气动力的时间响应历程。利用旋臂式模型机动飞行试验机进行倾转过渡状态下旋翼瞬态拉力的试验研究,试验与理论计算结果表现出很好的相关性。数值计算和试验结果表明:建立的时域模型能够有效分析倾转旋翼过渡状态的瞬态特性;倾转过渡状态旋翼尾迹弯曲对非定常动态入流的影响是显著的,对于倾转过渡状态动态入流尾迹弯曲的修正是很必要的。

用于电控旋翼的带襟翼翼型关键参数研究

为满足电控旋翼的设计需要,首先给出了可计及襟翼移轴补偿影响的带襟翼翼型的综合时域非定常气动力计算模型。以此为基础,对襟翼弦长比和移轴补偿率这两个重要参数进行了分析。结果表明:增大移轴补偿率会减小升力系数;俯仰力矩系数随襟翼弦长比增大将出现最值,该最值与移轴补偿率有关;襟翼铰链力矩系数随襟翼弦长比增加迅速增大,而增加移轴补偿率则可大幅度减少襟翼铰链力矩系数。对于电控旋翼而言,襟翼弦长比取0.2左右,移轴补偿取0.25左右,可以取得较为满意的效果。

变转速对旋翼悬停气动性能影响的试验与分析

为研究转速变化对旋翼悬停性能的影响,通过旋翼计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法建模分析和缩比模型旋翼台试验的方法,以自研无铰式刚性旋翼为对象,研究了旋翼转速对悬停性能的影响规律。结果表明:基于运动嵌套网格和非定常流场求解建立的旋翼计算流体力学方法对悬停状态的气动性能计算精度较高,最大误差为6.84%;模型旋翼试验数据有效,具有良好的重复性;转速降低后相同总距对应的拉力系数更小,悬停效率拐点对应的拉力系数更大;拉力越小,变转速所节省的功率越明显,低拉力时可节省超过40%需用功率。可见改变转速可以显著提升悬停状态的旋翼气动性能。

共轴刚性旋翼气动干扰特性研究

建立了一个基于Navier-Stokes方程的共轴刚性旋翼气动特性分析方法。在该方法中,采用低数值耗散的ROE格式进行空间离散,高效的隐式LU-SGS格式进行时间推进;使用运动嵌套网格方法以计入双旋翼的反转运动;针对旋翼CFD方法配平耗时的问题,提出了一种基于差量修正的高效共轴旋翼配平策略。应用建立的方法,首先进行了2个共轴试验模型的计算,通过对比诱导速度分布和气动性能验证了方法的有效性。在此基础上,深入开展了共轴刚性旋翼悬停状态气动干扰效应和载荷特性的研究。结果表明:在扭矩平衡状态下,受气动干扰影响,上、下旋翼的总距和拉力存在差异,但差动总距以及拉力分配比几乎不随拉力系数变化;双旋翼气动干扰来自三个方面:"厚度效应"引起的瞬时脉冲干扰、"载荷效应"引起的持续扰动以及由上旋翼尾迹涡与下旋翼桨叶碰撞引起的垂直桨-涡干扰;干扰引起的非定常气动载荷具有周期特性,以N/rev(N为共轴刚性旋翼桨叶总数)为基准频率。

高速直升机方案研究

对目前三种主流高速直升机——复合式、倾转旋翼/机翼式和转换式进行了综合分析;根据发展态势,比较了它们的构型、性能及关键技术等方面的优缺点,并对可行性进行了讨论。在此基础上,提出了一种旋翼/机翼转换式高速直升机方案,并对此方案进行了旋翼系统的原理性试验,对关键技术——模式转换过程进行了理论计算和试验研究,验证了直升机模式和飞机模式在相互转化过程中升力、功率和操纵的平滑连续性及保持操稳性;最后,根据研究结果,经过计算得出了此方案的总体参数。

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。

转换式高速直升机RD15方案

首先对目前各种类型的高速直升机进行了分析,在此基础上提出了一种旋翼/机翼转换式高速方案;然后对此方案的旋翼系统的气动特性和关键技术———直升机/飞机模式转换过程中盘翼的仰角、桨叶的长度、转速以及桨距等参数的变化进行了理论和试验研究,提出了高速直升机RD15的总体方案,并设计了直升机/飞机模式转换过程。计算表明,该方案在直升机/飞机模式相互转化过程中升力、功率和操纵的改变能够实现平滑连续并保持操稳性。

基于统计分析的战术通用运输直升机概念设计方法

提出了一种基于统计分析的战术通用运输直升机概念设计方法。针对战术通用直升机的特点,确定了其设计要求;通过建立战术通用直升机总体参数数据库;利用统计分析方法,进行重量、旋翼参数和功率分析,选择总体参数;建立了适合战术通用运输直升机的总体方案评价准则。最后以NH 90TTH直升机为算例验证了本方法的可行性和有效性。

直升机舱内噪声主动控制技术研究

随着社会的发展和科学技术的进步,驾乘人员对直升机的舒适性提出了更高的要求,该要求使舒适性成为直升机产品竞争性的要素之一。而将直升机舱内振动与噪声保持在较低的水平则是满足舒适性的重要条件。本文针对直升机舱内噪声主动控制的研究进展进行了概述。首先简要介绍了直升机舱内噪声的产生与频谱特征,以及常见的噪声控制方法;之后针对主动噪声控制进行了分类,分别按照主动消声控制技术和主动结构声振控制技术进行了归纳总结,并讨论了所采用主动控制律的发展趋势;最后对直升机舱内噪声主动控制的发展进行了展望。

基于误差通道在线辨识的结构振动主动控制系统

提出一种新的基于误差通道在线辨识的有源控制方法 ,并把它应用于结构的主动控制。它能较好地消除误差通道辨识环节和主动控制环节之间的相互影响 ,从而提高系统的总体性能。针对一算例与前人的方法进行了比较 ,仿真结果表明无论在控制初始还是对误差通道参数及外扰变化的适应性 ,本文的方法均优于前两种方法。在此基础上 ,以悬臂梁为控制对象 ,对此方法进行结构振动主动控制的试验研究。试验结果表明该控制系统对悬臂梁的振动响应能有很好的抑制作用 。

直升机多频振动并联结构自适应控制方法研究

现有直升机主动振动控制技术主要对机体主通过频率振动成分进行控制,但更严格的振动控制需要考虑机体的高阶谐波振动成分。为实现直升机多频振动主动控制,以多频窄带噪声主动控制算法为基础,发展了一种运用无延迟带通滤波器的并联结构滤波最小均方算法。无延迟带通滤波器的引入削弱了参考信号和误差信号中谐波分量之间的调频问题,同时避免了在次级通道中引入额外的延迟,加快了收敛速度,且提高了控制效果。通过基于简化直升机有限元模型的仿真,验证了该算法具有良好的收敛特性和较小的计算量。综合考虑直升机实际减振需求,以自由-自由梁为对象,以NΩ和2 NΩ振动成分为控制目标,进行了双频单入单出和四入两出振动控制试验,包括外扰及通道变化等多种复杂情况下的试验,以考验算法的自适应能力。试验结果表明:基于所提出算法的主动振动控制系统能有效控制多个目标频谱,单入单出系统被控点振动水平至少降低84%,四入两出情况下总体振动水平降低66%,且收敛速度较快,自适应能力较强。

基于误差通道在线辨识的直升机结构振动主动控制研究

提出一种基于误差通道在线辨识的有源控制方法,并把它应用于直升机结构振动的主动控制。针对一直升机模型与前人的方法进行了比较,并进行多输入多输出的主动控制仿真。仿真结果表明,这种控制方法明显优于前人的方法,说明这种基于误差通道在线辨识的多输入多输出的主动控制方法对直升机结构振动有很好的抑制作用。

Research on Manipulation Strategy of Quad Tilt-Rotor

Aiming at the complex tilting process of quad tilt-rotor(QTR)transition mode,this paper studies the manipulation strategy in transition mode to solve the problem of manipulation redundancy and coupling in transition mode of quad tilt rotor.The variations of the manipulation derivative are analyzed in the tilting process.Through the flight control simulation and flight test of the quad tilt-rotor,the validity of the control system and the rationality of the manipulation strategy are verified.