基于CFD-CSD耦合的直升機(jī)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究.pdf

1、在直升機(jī)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域中,旋翼/機(jī)身耦合以及新型前行槳葉概念(ABC)旋翼的氣動(dòng)彈性,是目前正在研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題。本文在對(duì)彈性旋翼流場(chǎng)計(jì)算方法和非線性旋翼動(dòng)力學(xué)分析方法進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上,建立了旋翼 CFD/CSD耦合分析模型,并對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行了較為系統(tǒng)深入的研究。
　　以非定常 Euler/Navier-Stokes方程為控制方程,通過(guò)動(dòng)態(tài)重疊網(wǎng)格技術(shù)和動(dòng)網(wǎng)格方法,建立了適用于彈性旋翼流場(chǎng)數(shù)值模擬的CFD方法,并對(duì)空間離散、時(shí)間離

2、散、湍流模型和邊界條件等問(wèn)題進(jìn)行了研究。采用該方法對(duì)Caradonna旋翼和Robin旋翼/機(jī)身模型等典型算例進(jìn)行了仿真分析,計(jì)算結(jié)果與已有的分析或?qū)嶒?yàn)結(jié)果吻合良好。
　　基于中等變形梁理論、準(zhǔn)定常氣動(dòng)力理論和哈密頓變分原理,推導(dǎo)并建立了旋翼的非線性氣彈動(dòng)力學(xué)方程以及全機(jī)配平方程。在此基礎(chǔ)上,采用CFD方法計(jì)算旋翼流場(chǎng),對(duì)準(zhǔn)定常氣動(dòng)力進(jìn)行修正,實(shí)現(xiàn)了直升機(jī) CFD/CSD耦合分析方法,并開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算程序。以 SA349/2直升

3、機(jī)為例,對(duì)不同前飛速度下的旋翼流場(chǎng)及結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行了仿真分析,計(jì)算結(jié)果與飛行試驗(yàn)值吻合良好。
　　減小振動(dòng)一直是直升機(jī)研制過(guò)程中的重點(diǎn)與難點(diǎn),旋翼/機(jī)身耦合系統(tǒng)響應(yīng)分析,是進(jìn)行直升機(jī)減振處理的基礎(chǔ)。本文發(fā)展了考慮機(jī)身剛體和彈性運(yùn)動(dòng)的直升機(jī)旋翼/機(jī)身耦合氣動(dòng)彈性響應(yīng)分析方法,在MSC/Nastran中建立機(jī)身的精細(xì)化三維有限元模型,考慮機(jī)身與旋翼之間的氣動(dòng)及慣性耦合,建立了考慮配平的旋翼/機(jī)身耦合系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程,通過(guò)分割-迭代方法求解各

4、個(gè)瞬時(shí)的機(jī)身振動(dòng)響應(yīng)。然后將本文所發(fā)展的CFD/CSD耦合分析方法引入到旋翼/機(jī)身耦合系統(tǒng)方程中,提出了一種直升機(jī)旋翼/機(jī)身耦合系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)分析方法。以某兩片槳葉蹺蹺板式直升機(jī)和3片槳葉鉸接式直升機(jī)為例,對(duì)機(jī)身典型位置處的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了仿真分析,計(jì)算結(jié)果與已有的實(shí)驗(yàn)值基本一致,驗(yàn)證了本文方法的準(zhǔn)確性。
　　前行槳葉概念(ABC)直升機(jī)是一種新型高速直升機(jī),為準(zhǔn)確分析其動(dòng)力學(xué)特性,首先對(duì)其配平問(wèn)題進(jìn)行了研究,提出了一種基于優(yōu)化的配平