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直升机旋翼翼型的气动设计方法研究

作　者: 尚克明
导　师: 招启军
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 翼型 反设计 旋翼 Euler方程 嵌套网格 有限体积方法
分类号: V211.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


旋翼翼型对直升机旋翼的流场和气动特性具有十分重要的影响,开展先进的翼型气动设计方法研究,已成为当前直升机空气动力学领域的一个重要方向。针对旋翼翼型的特点,本文选择基于余量修正思想的反设计方法,建立了一套直升机旋翼翼型的气动设计方法,并对目标压力分布的给定方法进行了探索,具体的研究内容如下:作为背景,首先简要概述了主要的翼型设计方法,以及国内外在这个领域的研究现状和发展情况,总结了各种翼型设计方法的特点,并指出采用CFD方法开展直升机旋翼翼型设计研究的必要性和重要意义。在第二章,通过分析旋翼桨叶运动的特点,考虑到反设计方法对网格的要求,以Poisson方程作为网格生成的控制方程,组合了当前两种源项的求解方法并对其进行改进,发展了一套适合于进行反设计计算的桨叶结构网格生成方法,并给出了相应的网格生成实例。第三章,在Jameson有限体积方法的基础上,结合嵌套网格方法,建立了一套悬停状态旋翼流场求解方法,采用该方法,分别对二维翼型、三维机翼和旋翼的流场进行了数值计算和分析,验证了流场求解方法的有效性。第四章,以MGM方程为反设计方程,并对其进行了离散格式的推导,探讨了反设计方程不同的离散方式对计算效率的影响。为了提高翼型反设计方法的实用性,本文对目标压力的给定方法也进行了一些讨论。结合上述CFD方法和网格生成技术,建立了一套悬停状态直升机旋翼翼型反设计方法。应用建立的直升机旋翼翼型反设计方法,在第五章,分别对二维翼型、三维机翼和直升机旋翼桨叶进行了反设计计算分析。在不同状态下,着重对沿展向不同翼型配置的桨叶进行了反设计计算,以表明本文所建立的旋翼翼型反设计方法的有效性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-13
第一章 绪论  13-18
  1.1 研究背景  13-14
  1.2 国内外研究现状  14-17
    1.2.1 直升机旋翼专用翼型的发展  14-15
    1.2.2 翼型设计方法的发展及特点分析  15-16
    1.2.3 国内翼型设计的研究情况及本文研究方法  16-17
  1.3 本文的主要研究工作  17-18
第二章 直升机旋翼翼型反设计分析的网格生成  18-30
  2.1 引言  18
  2.2 二维翼型网格生成方法  18-19
  2.3 控制方程  19-26
    2.3.1 源项确定  20-24
    2.3.2 泊松方程求解  24-26
  2.4 旋翼流场的三维网格生成  26-29
    2.4.1 局部加密措施  26-27
    2.4.2 围绕桨叶的三维网格生成  27-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章 用于旋翼翼型反设计的悬停状态旋翼流场数值摸拟  30-46
  3.1 引言  30
  3.2 悬停状态旋翼流场的求解  30-36
    3.2.1 主控方程  31
    3.2.2 空间离散  31-33
    3.2.3 时间推进  33
    3.2.4 加速收敛措施  33-35
    3.2.5 边界条件  35-36
  3.3 嵌套网格方法  36-39
    3.3.1 洞边界和洞点的确定  37
    3.3.2 贡献单元的搜寻  37-39
  3.4 流场求解流程图  39-40
  3.5 流场求解器算例及分析  40-45
    3.5.1 翼型算例  40-41
    3.5.2 三维机翼算例  41-43
    3.5.3 悬停状态旋翼算例  43-45
  3.6 本章小结  45-46
第四章 直升机旋翼翼型的反设计方法  46-57
  4.1 引言  46
  4.2 翼型反设计方程  46-47
  4.3 翼型反设计方程的求解  47-52
    4.3.1 反设计方程的差分离散方法  47-49
    4.3.2 傅立叶级数展开方法  49-52
  4.4 翼型目标压力分布的确定  52-55
  4.5 旋翼翼型的反设计方法  55-56
  4.6 本章小结  56-57
第五章 直升机旋翼翼型反设计计算结果及分析  57-76
  5.1 二维翼型的反设计算例  58-63
    5.1.1 无升力状态  58-60
    5.1.2 有升力状态  60-61
    5.1.3 反设计方法的实用性验证  61-63
  5.2 三维机翼流场中的翼型反设计算例  63-65
  5.3 悬停状态下直升机旋翼翼型的反设计分析  65-74
    5.3.1 采用对称翼型分布的旋翼翼型反设计  65-67
    5.3.2 采用非对称翼型分布的旋翼翼型反设计  67-69
    5.3.3 对带后掠新型桨尖配置的旋翼翼型反设计  69-74
  5.4 本章小结  74-76
第六章 结束语  76-78
  6.1 本文的主要工作及结论  76-77
  6.2 进一步研究设想  77-78
参考文献  78-81
致谢  81-82
在学期间的研究成果及发表的学术论文  82

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 基础理论及试验 > 空气动力学 > 各类型航空器空气动力学 > 直升飞机、旋翼机空气动力学
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