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新概念变直径倾转模型旋翼设计及气动特性研究

作　者: 宫元
导　师: 徐国华
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 尾迹弯曲动态入流模态旋翼倾转旋翼变直径倾转旋翼
分类号: V211.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

新概念变直径倾转旋翼综合了悬停时大尺寸旋翼和巡航时小尺寸旋翼的气动优点,是倾转旋翼飞行器的一个重要发展方向。然而其复杂的变直径倾转过程对于旋翼结构设计、气动特性和动力学特性分析的研究来说都是富有挑战性的课题。本文初步设计了一个变直径模型倾转旋翼,并对该旋翼进行了气动特性和模态分析等研究。作为前提和背景,本文首先简要介绍了变直径倾转旋翼机的优点,然后回顾了倾转旋翼气动特性的几种研究方法,最后概述了国内外变直径倾转旋翼的研究状况。第二章主要介绍了Peters-He广义动态尾迹模型,并采用Leishman-Beddoes翼型非定常升力模型,耦合挥舞动力学和旋翼配平方程,建立了一套完整的适合于旋翼气动特性分析的计算方法。以有实验数据可供对比的美国H-34直升机为算例,验证了该方法的有效性。在第二章基础上,第三章中加入旋翼尾迹弯曲的影响,建立了适合于倾转过渡状态旋翼气动特性分析的广义动态尾迹模型,通过离轴响应问题算例的计算,说明考虑尾迹弯曲的必要性。第四章进行了变直径模型倾转旋翼的初步结构设计,并使用有限元软件进行了模态特性分析,指出了变直径旋翼与普通旋翼在模态特性上的差别。在第五章,建立了一个悬停、垂直飞行和巡航飞行状态下的倾转旋翼气动特性的计算模型。使用该方法,首先计算了V-22和XV-15倾转旋翼机的悬停和巡航效率,通过与实验结果的对比,验证了方法的有效性。然后分析了直径变化对倾转旋翼的悬停、巡航性能及桨叶弯矩等影响,得到了一些结论。最后,应用所建立的动态尾迹模型和程序,着重开展了变直径和倾转自由度对倾转旋翼过渡状态气动特性的影响研究,分析了旋翼拉力、挥舞角、力矩等随倾转过渡时间变化的瞬态响应过程特点,在此基础上,得出了一些新的结论。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-15
第一章绪论  15-20
  1.1 概述  15-16
  1.2 倾转旋翼气动特性研究  16-18
  1.3 变直径倾转旋翼研究状况  18-19
  1.4 本文研究内容  19-20
第二章旋翼非定常气动特性研究  20-33
  2.1 广义动态入流理论概述  20-22
  2.2 翼型的非定常升力模型  22-25
    2.2.1 Leishman-Beddoes 非定常气动模型  23-24
    2.2.2 时间连续的状态方程  24-25
  2.3 挥舞动力学方程  25
  2.4 旋翼配平方程  25-26
  2.5 计算流程  26-28
  2.6 算例验证  28-31
    2.6.1 H-34 旋翼基本参数  28
    2.6.2 结果与分析  28-31
  2.7 小结  31-33
第三章适用于倾转过渡状态分析的广义动态尾迹模型  33-41
  3.1 尾迹几何形状假设  33-34
  3.2 广义动态尾迹增广矩阵  34-37
  3.3 L 矩阵增广  37-38
  3.4 离轴响应计算  38-41
第四章变直径模型倾转旋翼设计及模态分析  41-55
  4.1 变直径旋翼结构方案简介  41-42
  4.2 变直径模型倾转旋翼系统的初步结构设计  42-46
    4.2.1 桨叶设计  42-45
    4.2.2 桨毂设计  45-46
  4.3 动力学分析  46-54
    4.3.1 分析流程图  46-47
    4.3.2 结果分析图  47-54
  4.4 小结  54-55
第五章桨叶直径变化对倾转旋翼性能影响的分析  55-63
  5.1 引言  55
  5.2 计算方法和公式  55-57
  5.3 计算方法的验证  57-59
  5.4 直径变化时倾转旋翼性能的计算  59-62
    5.4.1 悬停效率和巡航效率  59-60
    5.4.2 桨叶弯矩  60-61
    5.4.3 突风响应  61-62
  5.5 结论  62-63
第六章变直径模型倾转旋翼过渡状态气动特性分析  63-77
  6.1 概述  63
  6.2 变直径倾转旋翼过渡状态气动特性研究  63-75
  6.3 小结  75-77
第七章结束语  77-79
  7.1 本文主要研究工作  77
  7.2 进一步研究的设想  77-79
参考文献  79-83
致谢  83-84
攻读硕士学位论文期间发表的主要论文  84

新概念变直径倾转模型旋翼设计及气动特性研究

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