基于CFD-CSD耦合的直升機動力學問題研究.pdf

1、在直升機動力學領(lǐng)域中,旋翼/機身耦合以及新型前行槳葉概念(ABC)旋翼的氣動彈性,是目前正在研究的難點和熱點問題。本文在對彈性旋翼流場計算方法和非線性旋翼動力學分析方法進行研究的基礎(chǔ)上,建立了旋翼 CFD/CSD耦合分析模型,并對上述問題進行了較為系統(tǒng)深入的研究。
　　以非定常 Euler/Navier-Stokes方程為控制方程,通過動態(tài)重疊網(wǎng)格技術(shù)和動網(wǎng)格方法,建立了適用于彈性旋翼流場數(shù)值模擬的CFD方法,并對空間離散、時間離

2、散、湍流模型和邊界條件等問題進行了研究。采用該方法對Caradonna旋翼和Robin旋翼/機身模型等典型算例進行了仿真分析,計算結(jié)果與已有的分析或?qū)嶒灲Y(jié)果吻合良好。
　　基于中等變形梁理論、準定常氣動力理論和哈密頓變分原理,推導并建立了旋翼的非線性氣彈動力學方程以及全機配平方程。在此基礎(chǔ)上,采用CFD方法計算旋翼流場,對準定常氣動力進行修正,實現(xiàn)了直升機 CFD/CSD耦合分析方法,并開發(fā)了相應的計算程序。以 SA349/2直升

3、機為例,對不同前飛速度下的旋翼流場及結(jié)構(gòu)響應進行了仿真分析,計算結(jié)果與飛行試驗值吻合良好。
　　減小振動一直是直升機研制過程中的重點與難點,旋翼/機身耦合系統(tǒng)響應分析,是進行直升機減振處理的基礎(chǔ)。本文發(fā)展了考慮機身剛體和彈性運動的直升機旋翼/機身耦合氣動彈性響應分析方法,在MSC/Nastran中建立機身的精細化三維有限元模型,考慮機身與旋翼之間的氣動及慣性耦合,建立了考慮配平的旋翼/機身耦合系統(tǒng)運動方程,通過分割-迭代方法求解各

4、個瞬時的機身振動響應。然后將本文所發(fā)展的CFD/CSD耦合分析方法引入到旋翼/機身耦合系統(tǒng)方程中,提出了一種直升機旋翼/機身耦合系統(tǒng)振動響應分析方法。以某兩片槳葉蹺蹺板式直升機和3片槳葉鉸接式直升機為例,對機身典型位置處的振動響應進行了仿真分析,計算結(jié)果與已有的實驗值基本一致,驗證了本文方法的準確性。
　　前行槳葉概念(ABC)直升機是一種新型高速直升機,為準確分析其動力學特性,首先對其配平問題進行了研究,提出了一種基于優(yōu)化的配平