静止舰船与旋翼干扰流场的数值模拟

直升机着舰时舰船与舰载直升机的流场相互干扰耦合,会对舰载直升机和飞行员的安全产生重要影响。采用计算流体动力学方法,以SFS2简化舰船模型和海豚直升机旋翼模型为研究对象,对静止舰船和悬停旋翼的气动干扰流场开展了数值模拟。研究表明:在旋翼水平方向的着舰过程中,受舰船的地面效应和甲板后缘端面的陡壁干扰影响,流场变化剧烈:在旋翼进入甲板过程中,舰面效应影响逐渐增强,旋翼拉力系数呈增加趋势;在甲板中心位置,由于机库门的阻挡,陡壁干扰影响较大,迫使旋翼的回流靠近旋翼面,造成旋翼下洗流速增加,从而导致旋翼的拉力损失。在旋翼竖直方向着舰过程中,受到持续增强的舰面效应的影响,旋翼拉力系数随高度降低而持续增加。     

舰载直升机“舰面共振”动力学分析

为了解舰载直升机舰面开车状态的动力学特性,以某舰载直升机为研究对象,建立了全机多体动力学模型、起落架液压缓冲系统模型和旋翼减摆器液压模型,进行了全机"舰面共振"动力学仿真分析。研究了舰船横摇角、舰船运动周期、旋翼液压减摆器参数对直升机"舰面共振"稳定性的影响。结果表明:在"舰面共振"状态,旋翼液压减摆器节流孔参数对舰载直升机机身振动幅值有较大的影响,随着减摆器节流孔孔径的增大,机身振动幅值大幅增加,直升机不稳定转速区扩大;舰船运动周期对机身振动幅值和不稳定转速区几乎没有影响;在不稳定转速区之外,舰船横摇角对机身振动稳态响应幅值的影响较明显。进入不稳定转速区后,由于自激振动影响,机身大幅振动,舰船横摇角对机身振动幅值的影响不再明显。     

直升机旋翼前飞状态下的气动弹性分析

建立一种旋翼前飞状态下的旋翼气动弹性分析模型,模型中采用松耦合方法集成高精度计算流体力学(CFD)气动模型。采用Green应变以及几何精确的弹性运动及变形的几何关系式;并通过Hamilton建立旋翼动力学方程。采用基于N-S控制方程的CFD气动模型,采用滑移网格技术实现桨叶运动。通过计算SA349/2直升机前飞状态下的挥舞、摆振振动载荷,对比试验数据,验证建立的气动弹性分析模型。结果表明,集成CFD的气弹模型能有效提高振动载荷预估精度,对于高阶谐波载荷的计算有很大的提高。     

直升机旋翼控制技术的研究进展探讨

本文从空气动力学的角度分析了直升机旋翼的控制原理,然后利用CFD法中的欧拉方程对直升机旋翼控制流场计算方法做了研究,最后对直升机旋翼的可靠度分析方法做了简要的探讨。     

基于高度变化的舰载直升机操纵特性研究

舰载直升机的舰面操纵性受舰面效应的影响,而舰面效应的强弱与直升机悬停高度有关。介绍了舰面效应的特点,讨论了确定舰面效应影响的方法,并以某型直升机为例,计算了悬停高度对舰面操纵性的影响。     

确定直升机性能的旋翼功率及拉力简化算法

为满足直升机部队计算机辅助决策、作战模拟推演等工作需要,用基本的直升机悬停性能和少量的原始数据作支持,对旋翼功率及其拉力计算方法进行建模.通过分析直升机动力学特点,运用动量法和叶素理论,将直升机旋翼功率进行拆分求解,推导出一套旋翼需用功率及可用功率的简化计算方法;根据线性外插法,用剩余功率建立拉力计算模型,对旋翼拉力进行估算.最后通过算例说明简化计算模型的可行性,解决了确定直升机飞行性能和动力学仿真的实际需要,具有较强的实用价值.     

复杂海况下舰载机着舰的动力学研究

探究了舰载直升机着舰的动力学问题.首先提出了随机海浪信号的数学模型,利用舰艇的响应振幅算子(RAO),基于叠加原理分析出舰艇摇荡的运动规律,而后利用带有耗散能的拉格朗日方程建立着舰机身的动力学模型.通过结合经典的舰艇及舰载机的动力学模型,对舰载直升机着舰过程中的动力学特性进行模拟.最后通过运用Runge-Kutta法求解动力学方程得出了有效的数值解,并运用Matlab仿真软件对该动力学模型进行了验证.     

集成旋翼控制的直升机高带宽飞行控制设计

为发展一种集成旋翼控制的直升机高带宽飞行控制设计方法,基于显模型跟踪控制技术,在反馈控制模块引入旋翼运动信息并采用旋翼/机体控制增益的最优化设计提升直升机动稳定性,采用旋翼前馈增强控制提升直升机操纵频率,提出基于有效跟踪的显模型参数设计方法提升直升机小幅高频和中等幅度姿态控制的操纵品质。最后,基于高阶飞行动力学模型分析直升机操纵品质,结果表明：将旋翼控制用于直升机飞行控制设计能够在保持系统稳定性的同时提升操纵频率,直升机纵、横向操纵响应带宽分别提升18%和10%,纵、横向姿态快捷性分别提升25%和20%。     

动力舱通风冷却性能仿真及其影响因素分析

针对某型直升机动力舱通风冷却系统,提出了一种简化的基于旋翼下洗流的动力舱通风冷却性能计算方法,利用商业CFD软件,计算了悬停状态下动力舱通风冷却系统性能,分析了湍流模型、旋翼下洗流以及发动机散热率等因素对动力舱温度场和排气引射器性能的影响.结果表明,不同湍流模型预测结果差别不大,旋翼下洗流和发动机散热率对动力舱通风冷却性能影响较大,研究结果为进一步研究飞行状态下动力舱通风冷却性能打下了基础.     

直升机旋翼下洗流场的数值模拟

建立了三维欧拉方程数值模拟旋翼流场的方法和模型，以用于实际直升机旋翼诱导速度场计算，为火箭导弹发射提供一个旋翼下洗流场计算方法。在该模型中，使用格心形式有限体积法来求解旋翼流场，时间推进应用五步Runge—Kutta方法，并采用了由动量理论导出的远场边界条件，使用了当地时间步长和隐式残值光顺的加速收敛措施；进行了算例计算，分别给出了Caradonna模型旋翼桨叶表面压力分布以及AH-1G模型旋翼流场中沿导弹发射线上的诱导速度分布的计算结果，与可得到的试验数据进行了对比，吻合良好。最后，得出了几点结论。     

汽车外流场CFD模拟

汽车的空气动力学特性很大程度影响着汽车的经济性、动力性以及稳定性。该文利用CFD方法对某款汽车的外流场进行模拟,模型模仿风洞实验,计算出该汽车的风阻系数和升力系数,并对尾部扰流板进行了改进,最终得到了满足设计要求的流场性能。     

离散空间直接建模的计算流体力学方法

本文提出了一种发展适合多尺度、多物理流动的CFD格式的全新途径,即直接在离散空间利用物理模型的跨尺度演化解来建立数值格式的新方法.与直接离散偏微分方程的传统做法相比,基于离散空间直接建模构造出的数值方法考虑了网格尺度和物理模型之间的匹配,能做到不同尺度上物理模型的连续过渡,从而实现对多尺度流动的高效模拟.Boltzmann方程的模型演化解为直接建模方法提供了重要的支撑.本文提出了直接建模构造计算流体力学方法的理论基础,并给出了在建立统一气体动理学格式中的成功运用,验证了新方法的可行性和优越性.     

基于MMG登陆舰艇操纵运动模型的螺旋桨力研究

 登陆舰艇是两栖作战中的主要输送装备，针对其运动规律的复杂性，建立了在深水和浅水条件下基于分离型船舶操纵运动模型（MMG）的登陆舰艇操纵运动模型。因登陆舰艇在航行中，螺旋桨推力是主控力，用来克服水的阻力，维持舰艇的操纵运动，所以螺旋桨的流体动力模型是登陆舰艇运动建模的一个重要组成部分。在登陆舰艇特有的操纵运动模型的基础上，着重介绍了登陆舰艇操纵运动中螺旋桨力的模型。     

含升力偏置的共轴刚性旋翼配平与响应分析

建立考虑升力偏置的共轴刚性旋翼气弹配平计算方法。在单旋翼气弹计算方法基础上,引入考虑双旋翼气动干扰的入流模型,针对大反流区气动力计算和大前进旋翼气弹配平计算进行相应修正,最终集成考虑升力偏置的共轴刚性旋翼气弹配平计算方法,并开展考虑升力偏置的共轴双旋翼气弹配平分析。分析提前操纵角、升力偏置、前进比因素对双旋翼配平和响应的影响,研究表明在中等前进比时,下旋翼拉力略大于上旋翼,气动效率优于上旋翼。大前进比下桨尖响应曲线呈现2阶特性而增加升力偏置使得响应曲线逐渐为1阶曲线变化,且提前操纵角对双旋翼操纵和桨尖间距均无影响。     

船-泵相互作用对喷水推进器推进性能的影响

为研究喷水推进船快速性预报中船体与喷水推进器相互作用机理,借助于计算流体力学(CFD)方法研究船-泵相互作用对喷水推进器推进性能的影响.通过计算由k-ε湍流模型封闭的RANS方程,分别得到敞水条件下和考虑船体斜升角、纵倾等因素影响的装船后喷水推进器的三维黏性流场,敞水条件下计算结果与试验数据的良好吻合验证了数值模型和方法的可信性.不同斜升角和纵倾模型计算结果表明:船体斜升角和横倾对喷水推进器推进性能影响很小;船体尾升角和纵倾角的变化改变了船体边界层,对喷水推进器推进性能和作用因子影响很大;纵倾角由正变负,喷水推进器对船体边界层的利用增强,使流量变小,功率、推力和扬程变大;进流动量系数、进流能量系数、动量作用效率和能量作用效率均减小.喷水推进器也反作用于船体,产生使船体纵倾角减小的力矩.     

基于阻力性能船体型线精细优化的CFD方法

根据基于阻力性能的船体型线优化方法的不同，在船舶设计中可以归纳成5个相应水平的优化程序。总结了基于经验或统计公式的船体尺度优化（零水平优化），应用CFD方法分别对裸船体型线、局部船体型线和附体型线进行的精细优化（1，2，3水平优化），以及通过模型试验完成的船体型线的最终优化（4水平优化）的研究成果。所采用的CDF方法分别为用厚边界层近似与积分方法、厚边界层近似与差分法以及部分抛物线近似与差分法求解N－S方程。4水平则是通过包括流场测量信息的模型阻力试验进行最终的型线优化。     

测量小流量的切向式涡轮流量传感器的仿真与实验

为深入研究切向式涡轮流量传感器的工作机理,推导了流体对涡轮叶片的驱动力矩,得出切向式涡轮流量传感器仪表系数的数学表达式.依据湍流模式理论以及计算流体力学,提出涡轮转子Z方向力矩平衡分析法实现对涡轮转速θ的准确预测,进而对切向式涡轮流量传感器三维流场进行了分析,得出仿真仪表系数计算公式.全量程内仿真仪表系数KS与物理实验标定的仪表系数KP的对比表明,模拟计算仪表系数相对误差最大值为7.51%,说明构建的数值模型以及提出的分析方法能够准确反映切向式涡轮流量传感器内部流体的流动特性.