直升机涵道尾桨气动特性的CFD分析

论文摘要

涵道尾桨的流场及气动特性分析是直升机空气动力学领域富有挑战性的研究课题。本文基于动量源模型,建立了以欧拉方程为主控方程的涵道尾桨流场数值求解方法,在此基础上,着重研究了悬停状态涵道尾桨不同设计参数对其流场及气动特性的影响,并进一步对涵道尾桨不同前飞速度情况下的流场及气动特性进行了模拟。具体研究内容如下:作为前提和背景,本文简要介绍了直升机涵道尾桨气动特性的国内外研究现状,指出了采用基于动量源的CFD方法开展涵道尾桨流场及气动特性研究的必要性和重要意义。第二章,在Jameson有限体积法的基础上,以动量源代替尾桨叶对流场的作用,并对求解旋翼流场的外边界模型进行改进,得到了适合于涵道尾桨在直升机悬停和前飞时的边界条件模型。在此基础上,建立了一套适合涵道尾桨流场及气动特性分析的数值方法。第三章,考虑涵道尾桨的几何特征,并结合动量源方法的特点,总结了一套适合于涵道尾桨流场的非结构网格生成方法。第四章,首先以TsAGI涵道尾桨模型为算例,计算了桨叶载荷、轴向诱导速度沿桨叶的展向分布,并通过针对计算结果与可得到试验结果的对比,验证了本文数值方法的有效性。然后,着重计算了悬停状态下,不同设计参数(涵道间隙、涵道扩散角、桨盘至涵道入口距离和涵道唇口半径等)对涵道尾桨流场及气动特性的影响,并进行对比分析,得出了一些有意义的结论。第五章,应用上述模型,对前飞状态下直升机涵道尾桨绕流特性进行了计算,并分析对比了不同前飞速度时的流场特点,初步得到了一些关于桨叶拉力、涵道拉力及涵道阻力随不同前飞速度变化的新结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 直升机涵道尾桨气动特性的研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 第二章 涵道尾桨流场的数值模拟方法
• 2.1 引言
• 2.2 流场求解方法
• 2.2.1 主控方程
• 2.2.2 空间离散（带动量源）
• 2.2.3 时间离散
• 2.2.4 动量源的计算
• 2.3 边界处理
• 2.3.1 物面边界
• 2.3.2 远场气流模型
• 2.3.3 远场边界条件
• 2.4 流场初始化
• 2.5 计算流程图
• 2.6 本章小结
• 第三章 涵道尾桨流场计算网格的生成
• 3.1 引言
• 3.2 桨盘平面网格的处理
• 3.3 流场网格的分块
• 3.4 网格生成流程
• 3.5 本章小结
• 第四章 悬停状态下涵道尾桨气动特性的分析
• 4.1 引言
• 4.2 计算方法的验证
• 4.2.1 算例参数
• 4.2.2 算例结果及分析
• 4.3 悬停状态参数影响分析
• 4.3.1 算例模型
• 4.3.2 涵道间隙的影响
• 4.3.3 涵道扩散角的影响
• 4.3.4 桨盘到涵道入口距离的影响
• 4.3.5 涵道唇口半径的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 前飞状态涵道尾桨气动特性的初步分析
• 5.1 引言
• 5.2 不同前飞速度时的气动特性
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 本文的主要工作及结论
• 6.2 进一步研究设想
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文