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涵道尾桨气动特性的CFD模拟及结构参数影响分析

作　者: 高延达
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: 涵道尾桨 动量源 气动特性 Navier-Stokes方程 S-A湍流模型 多块网格
分类号: V211.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 132次
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内容摘要


涵道尾桨流场和气动特性的模拟是直升机空气动力学领域富有挑战性和具有重要意义的研究课题。本文建立了一套通过求解湍流Navier-Stokes方程并结合动量源模型,来分析涵道尾桨流场和气动特性的方法。分别以TsAGI涵道尾桨和RAH-66直升机的FANTAIL为算例进行了数值模拟,研究了直升机悬停、侧飞和前飞状态下,涵道尾桨的流场和结构参数对气动特性的影响。具体研究内容如下:第一章,简要介绍了直升机涵道尾桨气动特性的国内外研究现状,指出了采用湍流N-S方程、结合动量源模型开展涵道尾桨气动特性研究的必要性和重要意义。在第二章,建立了涵道尾桨的几何模型,并根据不同飞行状态下的流场特点及湍流模型对网格的要求,总结了一套涵道尾桨对接结构网格生成方法。论文的第三章,针对湍流Navier-Stokes方程的求解,采用Jameson中心差分对主控方程进行空间离散,时间方向上采用四步Runge-Kutta迭代,并利用当地时间步长和隐式残值光顺加速收敛,并结合动量源模型,建立了一个适合于直升机悬停、侧飞和前飞状态的涵道尾桨气动特性的数值分析方法。在第四章,通过计算NACA0012翼型和M6机翼的绕流特性,验证了湍流N-S方程求解程序的准确性。在此基础上,着重研究了TsAGI涵道尾桨模型与FANTAIL涵道尾桨的气动特性,并将本文计算结果与试验数据及文献中的计算结果进行对比,验证了本文方法的有效性。第五章,计算悬停、侧飞及前飞状态下,涵道尾桨结构设计参数(涵道间隙与涵道唇口半径)变化对涵道尾桨气动特性的影响,并进行对比分析,得出了一些有意义的结论。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章 绪论  12-16
  1.1 概述  12
  1.2 直升机涵道尾桨气动特性的研究现状  12-15
  1.3 本文研究内容  15-16
第二章 涵道尾桨几何模型的建立与网格生成  16-22
  2.1 引言  16-17
  2.2 围绕涵道尾桨的网格生成  17-21
  2.3 本章小结  21-22
第三章 涵道尾桨流场的数值模拟方法  22-34
  3.1 引言  22
  3.2 流场求解方法  22-33
    3.2.1 主控方程  22-24
    3.2.2 S-A 湍流模型及 Sutherland 定理  24-26
      3.2.2.1 S-A 湍流模型  24-25
      3.2.2.2 Sutherland 定理  25-26
    3.2.3 动量源方法  26-29
    3.2.4 空间离散  29-32
      3.2.4.1 对流通量的离散  30
      3.2.4.2 粘性通量的离散  30-31
      3.2.4.3 S-A 模型传输方程的空间离散  31-32
    3.2.5 人工粘性  32
    3.2.6 时间离散  32-33
    3.2.7 边界条件与加速收敛方法  33
  3.3 本章小结  33-34
第四章 涵道尾桨模型气动特性计算  34-53
  4.1 引言  34
  4.2 翼型与机翼绕流分析  34-40
  4.3 TsAGI 涵道尾桨模型气动特性计算  40-44
  4.4 FANTAIL 涵道尾桨气动特性计算  44-52
  4.5 本章小结  52-53
第五章 涵道尾桨结构参数对气动特性的影响分析  53-73
  5.1 引言  53
  5.2 涵道间隙变化的影响分析  53-65
    5.2.1 悬停状态  53-59
    5.2.2 侧飞状态  59-63
      5.2.2.1 左侧飞  59-60
      5.2.2.2 右侧飞  60-63
    5.2.3 前飞状态  63-65
  5.3 涵道唇口半径变化的影响分析  65-71
    5.3.1 悬停状态  65-67
    5.3.2 侧飞状态  67-70
      5.3.2.1 左侧飞  67-68
      5.3.2.2 右侧飞  68-70
    5.3.3 前飞状态  70-71
  5.4 本章小结  71-73
第六章 结束语  73-75
  6.1 本文主要工作及结论  73-74
  6.2 进一步研究设想  74-75
参考文献  75-78
致谢  78-79
在学期间发表的学术论文  79

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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 > 飞机空气动力学
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