检索结果-内蒙古大学图书馆

航空学报 2017年第7期38卷 43-53页

作者：叶舟徐国华史勇杰南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室南京210016

为了细致捕捉直升机旋翼桨尖涡的生成和演化过程,建立了一个基于高精度网格和高阶通量计算格式的旋翼桨尖涡计算流体力学(CFD)求解方法。在该方法中,流场求解选取旋转坐标系下的Navier-Stokes方程为控制方程;空间离散采用迎风Roe格式,... 详细信息

为了细致捕捉直升机旋翼桨尖涡的生成和演化过程,建立了一个基于高精度网格和高阶通量计算格式的旋翼桨尖涡计算流体力学(CFD)求解方法。在该方法中,流场求解选取旋转坐标系下的Navier-Stokes方程为控制方程;空间离散采用迎风Roe格式,并采用低耗散的5阶WENO(Weighted Essentially Non-Osciltatory)格式进行对流通量的计算;时间推进则采用双时间法,在伪时间步上使用隐式LU-SGS(Lower-Upper Symmetric Gauss-Seidel)推进格式;应用嵌套网格方法实现桨叶网格和背景网格的数据交换。应用所建立的方法对悬停状态的旋翼桨尖涡流场进行了高精度模拟,在桨叶网格上精细地捕捉到了桨尖涡的具体生成过程,在背景网格上捕捉到了更多圈数的桨尖涡尾迹,并对桨尖涡的演化机理进行了深入研究。结果表明:建立的高精度数值方法能够有效地对旋翼桨尖涡的生成和演化过程进行细致模拟;悬停状态下旋翼桨尖气流在上下表面压力梯度的作用下经历了边界层增厚、逐渐卷起形成涡核以及最终脱离桨叶形成桨尖涡的过程。

关键词：桨尖涡 WENO格式嵌套网格计算流体力学旋翼直升机

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旋翼桨尖涡模型及其参数确定方法研究

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空气动力学学报 2009年第3期27卷 296-302页

作者：李攀陈仁良南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室江苏南京210016

介绍了基于有效湍流粘性系数假设的半经验桨尖涡涡核模型,并将桨尖涡拉伸压缩效应对涡核半径的影响引入该模型。采用流场显示的方法利用"粒子空白区"确定桨尖涡涡核半径,并进行了拉伸压缩修正以获得纯扩散效应引起的涡核半径... 详细信息

介绍了基于有效湍流粘性系数假设的半经验桨尖涡涡核模型,并将桨尖涡拉伸压缩效应对涡核半径的影响引入该模型。采用流场显示的方法利用"粒子空白区"确定桨尖涡涡核半径,并进行了拉伸压缩修正以获得纯扩散效应引起的涡核半径增长量,以此来确定该模型的关键参数。参数确定结果表明,在中等到大涡雷诺数下湍流扩散效应引起的涡核扩散远大于分子动量扩散效应的作用,桨尖涡拉伸压缩效应对涡核半径的增长有重要影响。

关键词：旋翼桨尖涡流动显示涡核湍流动量扩散

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旋翼模型悬停状态桨尖涡特性

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哈尔滨工业大学学报 2018年第4期50卷 124-130页

作者：黄明其武杰何龙兰波中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所四川绵阳621000

直升机旋翼桨尖涡特性研究是直升机旋翼气动特性研究的关键要素,为提高对旋翼悬停状态桨尖涡特性的认识以及准确掌握其流动机理,利用Bo-105旋翼模型在Φ5 m立式风洞开口试验段进行了桨尖马赫数相似情况下的悬停试验,并采用TR-PIV流场测... 详细信息

直升机旋翼桨尖涡特性研究是直升机旋翼气动特性研究的关键要素,为提高对旋翼悬停状态桨尖涡特性的认识以及准确掌握其流动机理,利用Bo-105旋翼模型在Φ5 m立式风洞开口试验段进行了桨尖马赫数相似情况下的悬停试验,并采用TR-PIV流场测量系统对旋翼悬停状态下不同总距时的流场进行了精细化测量,得到了该副旋翼32帧/圈的详细流场图像,并运用更为合理的涡核中心判定、涡核流动数据提取以及涡核模型拟合方法对试验结果进行了精细化处理与分析,进一步揭示了旋翼模型悬停状态下桨尖涡的演化发展过程.研究表明:高速PIV设备能准确捕捉旋翼悬停状态下的流场运动特征,有助于旋翼流场的精细化研究;采用涡量加权平均的方法来计算涡核中心位置可以消除涡核中心平移速度的影响,进而更加准确地定位涡核中心;采用环量分析的方法可以更加可靠地确定涡核尺寸和最大诱导速度,且分析结果显示随涡龄角的增加,涡核半径缓慢增大、涡核最大诱导速度缓慢减小;在桨尖涡发展演化过程中,不同发展阶段具有不同的涡核模型n参数.

关键词：旋翼悬停状态精细化流场测量 TR-PIV 桨尖涡

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悬停旋翼桨尖涡的试验研究

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实验流体力学 2008年第3期22卷 36-39页

作者：杨永东武杰中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

为了详细研究悬停旋翼桨尖涡的形成与发展过程,以及旋翼状态参数与桨尖涡及其尾迹的关系,开展了桨尖涡及其尾迹的测量和研究。在研究中采用了Φ2m旋翼模型试验台、单桨叶(翼型为NACA 0015)旋翼模型和二维PIV测量系统,通过改变转速和总... 详细信息

为了详细研究悬停旋翼桨尖涡的形成与发展过程,以及旋翼状态参数与桨尖涡及其尾迹的关系,开展了桨尖涡及其尾迹的测量和研究。在研究中采用了Φ2m旋翼模型试验台、单桨叶(翼型为NACA 0015)旋翼模型和二维PIV测量系统,通过改变转速和总距角的状态组合,对桨尖周围及近尾迹局部区域进行了详细的桨尖涡流场测量。通过研究,基本掌握了用PIV测量旋翼动态流场的技术;利用PIV成功地获取了从桨尖前缘至后缘下游近流场的不同方位角截面粒子流动图像;通过后处理获得了合理有效的结果。测量结果表明,桨尖涡在桨叶表面形成的过程中,其强度逐渐增强;桨尖涡的强度与旋翼的桨尖马赫数和总距等密切相关。

关键词：悬停实验旋翼桨尖涡流场测量 PIV

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旋翼桨尖涡模型及其在自由尾迹分析中的影响

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航空学报 2010年第8期31卷 1517-1523页

作者：李攀陈仁良南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室江苏南京210016

建立了一个旋翼桨尖涡初始涡核半径计算模型,用于消除旋翼自由尾迹分析中桨尖涡涡核半径依靠经验设定的现状。该方法利用涡量和涡矩守恒关系,考虑旋转效应的影响,并修正Vatistas涡量分布函数,得到了一个关于桨尖涡初始涡核半径与桨叶附... 详细信息

建立了一个旋翼桨尖涡初始涡核半径计算模型,用于消除旋翼自由尾迹分析中桨尖涡涡核半径依靠经验设定的现状。该方法利用涡量和涡矩守恒关系,考虑旋转效应的影响,并修正Vatistas涡量分布函数,得到了一个关于桨尖涡初始涡核半径与桨叶附着环量分布之间的非线性关系。将新建立的初始涡核模型同先前建立的涡核扩散与拉伸模型以微分方程初值问题的形式组成一个完整的桨尖涡模型,并将其应用于自由尾迹分析方法中,分别对两副模型旋翼的悬停尾迹进行分析。计算得到的桨尖涡初始涡核半径和展向位置与实验测量值的对比表明本文模型具有较高的准确性。此外,讨论了涡核湍流动量扩散效应在自由尾迹分析中的影响,分析表明该效应对自由尾迹分析的收敛性有重要影响。

关键词：直升机旋翼桨尖涡涡核涡量自由尾迹

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悬停旋翼桨尖涡吹气控制的数值模拟

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南京航空航天大学学报 2016年第2期48卷 165-172页

作者：肖中云江雄陈作斌中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所绵阳621000

开槽桨尖是减弱旋翼桨尖涡强度的一种被动流动控制手段。旋翼桨尖涡由于涡量高度集中在一个很小的区域范围内,数值计算容易受到网格分布和数值耗散的影响,导致涡量耗散过快,不利于对旋翼尾迹涡开展研究。针对这一问题,文中采用重叠网格... 详细信息

开槽桨尖是减弱旋翼桨尖涡强度的一种被动流动控制手段。旋翼桨尖涡由于涡量高度集中在一个很小的区域范围内,数值计算容易受到网格分布和数值耗散的影响,导致涡量耗散过快,不利于对旋翼尾迹涡开展研究。针对这一问题,文中采用重叠网格局部加密和湍流模型旋转修正等方法,获得了悬停旋翼的高分辨率桨尖涡流场。采用该方法,对比研究了Caradonna-Tung旋翼基本外形和开槽桨尖外形在悬停状态下的空间旋涡流场,从涡量分布、旋涡特征速度等方面研究了开槽桨尖控制桨尖涡强度的流动机理,比较了4种不同开槽方式对控制效果的影响,以及对旋翼悬停性能的影响。结果表明,开槽桨尖能够有效减弱桨尖涡的强度,但同时会对旋翼拉力和扭矩产生一定的负面影响。

关键词：旋翼桨尖涡流动控制数值模拟

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旋翼悬停状态桨尖涡测量方法研究

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实验流体力学 2017年第4期31卷 39-44页

作者：刘平安林永峰陈垚峰袁明川中国直升机设计研究所江西景德镇333000

为了研究旋翼桨尖涡涡核结构,采用粒子图像测速(PIV)技术对4m直径桨尖开孔旋翼在悬停状态的桨尖涡流场进行了详细测量,获得了旋翼145°方位角处桨尖涡附近流场的速度分布,以及桨尖涡的涡核半径、旋转速度和涡量分布等试验数据,并研... 详细信息

为了研究旋翼桨尖涡涡核结构,采用粒子图像测速(PIV)技术对4m直径桨尖开孔旋翼在悬停状态的桨尖涡流场进行了详细测量,获得了旋翼145°方位角处桨尖涡附近流场的速度分布,以及桨尖涡的涡核半径、旋转速度和涡量分布等试验数据,并研究了PIV分析中选取不同审查窗尺寸对桨尖涡结构测量结果的影响。为了避免桨尖涡位置不稳定的影响,提出了基于桨尖涡流场速度特征的条件平均法,并与简单平均法和基于涡量峰值的条件平均法进行了对比,验证了对桨尖涡流场进行条件平均的必要性,以及所提出的条件平均法的有效性。

关键词：旋翼悬停桨尖涡流场 PIV

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桨尖涡主/被动组合流动控制方法优化研究

桨尖涡主/被动组合流动控制方法优化研究

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作者：张涛厦门大学

学位级别：硕士

桨涡干扰噪声是直升机噪声的重要成分,其因旋翼桨尖涡而生。为了实现直升机降噪,本文优化了主、被动流动控制方法,并提出了等离子体合成射流与类羽状波峰结构桨尖的主/被动组合流动控制方法来抑制桨尖涡的方案,以期达到抑制桨涡干扰噪... 详细信息

桨涡干扰噪声是直升机噪声的重要成分,其因旋翼桨尖涡而生。为了实现直升机降噪,本文优化了主、被动流动控制方法,并提出了等离子体合成射流与类羽状波峰结构桨尖的主/被动组合流动控制方法来抑制桨尖涡的方案,以期达到抑制桨涡干扰噪声方案的目的。首先,在被动流动控制方面,采用仿生学类羽状波峰桨尖结构。在来流0.3Ma下数值仿真分别模拟了波峰结构的波峰数量、波峰幅度以及底顶比等结构参数对桨尖涡抑制效果的影响;采用正交试验设计法,给出结构参数对桨尖涡中心涡量值影响的显著性,顺次为波峰幅度、波峰数量和底顶比;揭示了波峰结构对桨尖涡的抑制机理主要是波谷的凹腔回流被带进主流在桨尖附近产生低速区以及衍生小涡,抑制桨尖涡的发展。研究结果表明,波峰桨尖结构的被动流动控制方法可以大幅降低桨尖涡的强度,但是伴随着桨尖气动性能损失的代价。其次,在主动流动控制方面采用等离子体合成射流。研制了等离子体合成射流激励器,并测试了其射流特性;在桨尖上设计了上表面向上射流、垂直端面射流和下表面向下射流三种等离子体射流布置方式;通过风洞试验验证数值计算时以稳定射流取代平均射流速度相同的等离子体合成射流的合理性;在来流0.3Ma下仿真了三种不同射流方式对桨尖涡的抑制效果,分析其对桨尖涡的抑制机理。研究表明,垂直端面射流对桨尖涡抑制效果明显,向上射流次之,向下射流最弱;等离子体射流的主动流动控制对桨尖涡抑制效果虽不及波峰结构桨尖,但能部分提升桨尖气动性能。最后,提出主/被动组合流动控制方案,并在低速风洞中进行试验研究与验证。设计研制了可更换头部的桨尖模型;在标准模型桨尖和波峰结构的桨尖上分别布置垂直端面射流和向上射流作对比风洞试验,研究主/被动组合流动控制方法对桨尖涡的抑制效果。结果表明,主/被动组合流动控制方法比任一单一流动控制方法更为有效,低速风洞试验结果与高速仿真结果的规律性相同,优化设计流动控制方案可以在抑制桨尖涡的同时,尽量维持桨尖气动性能。研究结果对降低桨涡干扰造成的直升机噪声的工程应用具有重要参考价值。

关键词：主/被动流动控制等离子体合成射流波峰结构桨尖涡

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直升机旋翼桨尖涡模拟和控制的CFD数值研究

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飞行力学 2022年第4期40卷 14-19,26页

作者：李擎南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室江苏南京210016

针对旋翼桨尖涡的生成演化问题,建立了一种基于CFD技术的数值模拟方法。首先,采用耦合k-ε湍流模型的雷诺平均N-S方程作为主控方程,搭配针对桨尖涡生成演化问题进行加密的运动嵌套网格进行计算,并以Caradonna-Tung旋翼模型为算例验证了... 详细信息

针对旋翼桨尖涡的生成演化问题,建立了一种基于CFD技术的数值模拟方法。首先,采用耦合k-ε湍流模型的雷诺平均N-S方程作为主控方程,搭配针对桨尖涡生成演化问题进行加密的运动嵌套网格进行计算,并以Caradonna-Tung旋翼模型为算例验证了该方法的可靠性。然后,采用该方法对桨尖涡的生成演化过程进行了研究,并开展了参数影响分析。最后,通过改变桨尖形状的方法,对桨尖涡被动控制方法进行了研究,并用CFD软件进行模拟验证。研究结果表明,桨尖涡的生成过程会随升力的增加而变得愈发激烈,桨尖涡的近场演化存在强烈的物理耗散现象;而桨尖涡的远场演化存在先收缩后扩张的现象,即存在收缩极限。所得结论对加深桨尖涡现象的理解具有一定意义。

关键词：桨尖涡旋翼嵌套网格 CFD 流动控制

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共轴式双旋翼尾迹形态及桨尖涡结构的实验研究

共轴式双旋翼尾迹形态及桨尖涡结构的实验研究

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作者：李洪昌北京航空航天大学

学位级别：硕士

相比于常规的单旋翼带尾桨直升机,共轴式双旋翼直升机具有结构紧凑、悬停及中低速度飞行效率高、可以放宽航向控制以及地面安全性好等诸多优点.20世纪90年代初,国内开始共轴式双旋翼直升机的研制,随着工作的不断进展,急需深入了解共轴... 详细信息

相比于常规的单旋翼带尾桨直升机,共轴式双旋翼直升机具有结构紧凑、悬停及中低速度飞行效率高、可以放宽航向控制以及地面安全性好等诸多优点.20世纪90年代初,国内开始共轴式双旋翼直升机的研制,随着工作的不断进展,急需深入了解共轴直升机的气动、操纵和稳定等方面的特性,而这些特性又和旋翼的尾迹密切相关.该文正是从旋翼的尾迹入手,通过实验来分析和研究共轴直升机的气动特性.论文的内容主要包括四个方面: 1.共轴双旋翼气动分析的理论基础:简要介绍了旋翼空气动力学的滑流理论、叶素理论和涡流理论,这些基本的理论,构成了共轴双旋翼空气动力分析的基础,该文对于实验结果的分析也将基于这些基本的理论.2.共轴双旋翼水洞实验模型的设计:实验模型设计的难点和关键是染色液通路的设计,两种不同颜色的染色液要从固定的容器流入旋转着的桨叶.模型通过一套特殊的装置实现了染色液的畅通而又不至泄漏,并够能分别控制两种染色液的流量.3.旋翼尾迹及桨尖涡观测的实验方法:介绍了对于旋翼尾迹及桨尖涡的形态和位置定性观测以及定量测定的实验方法.4.实验结果与分析:实验发现了一些新的现象,通过分析总结了共轴双旋翼在不同的前进比下,上下旋翼尾迹形态的特点及其变化规律,并在此基础上分析了前进比改变时共轴双旋翼间气动干扰的变化趋势,得出了一些新的结论.实验和研究的结果可为共轴式双旋翼直升机气动理论模型的建立提供准确的实验依据.

关键词：共轴式直升机尾迹桨尖涡流场显示水洞实验

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