基于非定常動量源方法的傾轉(zhuǎn)旋翼機氣動分析及性能優(yōu)化.pdf

1、傾轉(zhuǎn)旋翼機具有比常規(guī)直升機高得多的前飛速度和續(xù)航能力，又具有常規(guī)固定翼飛機所不具備的垂直起降和懸停能力，能滿足多種飛行任務的需要，因此近年來無論在軍用或民用方面對傾轉(zhuǎn)旋翼機的需求越來越大。然而，作為介于直升機和固定翼之間的一種機型，傾轉(zhuǎn)旋翼機具有比兩者更為復雜的氣動干擾現(xiàn)象，嚴重影響了傾轉(zhuǎn)旋翼機的氣動性能。因此，開展傾轉(zhuǎn)旋翼機復雜氣動干擾的分析及氣動優(yōu)化設計的研究具有重要的理論和實際意義。本文基于非結(jié)構(gòu)混合網(wǎng)格系統(tǒng)，提出并建立了用于傾轉(zhuǎn)

2、旋翼機氣動干擾特性分析的非定常動量源方法，并應用建立的數(shù)值模擬方法分別開展傾轉(zhuǎn)旋翼機多狀態(tài)氣動干擾流場分析、傾轉(zhuǎn)旋翼機結(jié)構(gòu)/氣動參數(shù)的影響特性分析、傾轉(zhuǎn)旋翼機多狀態(tài)氣動優(yōu)化設計。主要研究工作包括以下幾個方面：
　　第一章，針對傾轉(zhuǎn)旋翼機復雜的氣動干擾問題，分析了國內(nèi)外在傾轉(zhuǎn)旋翼機流場數(shù)值模擬方法、動量源方法以及傾轉(zhuǎn)旋翼機氣動外形優(yōu)化設計研究方面的技術(shù)現(xiàn)狀及難點，并指出了采用耦合新型非定常動量源模型的數(shù)值模擬方法對傾轉(zhuǎn)旋翼機非定常流

3、場及氣動特性數(shù)值模擬的必要性和重要意義。
　　第二章，為了充分捕捉附面層內(nèi)粘性流動對傾轉(zhuǎn)旋翼機氣動特性的影響，同時考慮多種飛行狀態(tài)特點，構(gòu)建了底層三棱柱網(wǎng)格—外層四面體網(wǎng)格相結(jié)合的非結(jié)構(gòu)混合網(wǎng)格系統(tǒng)。為了滿足非定常動量源計算的需要，將非結(jié)構(gòu)混合網(wǎng)格、二維翼型網(wǎng)格和笛卡爾搜索網(wǎng)格相耦合，建立了一套傾轉(zhuǎn)旋翼機干擾流場數(shù)值模擬的網(wǎng)格生成方法，并給出了多種網(wǎng)格生成結(jié)果。
　　第三章，在建立的網(wǎng)格生成方法的基礎上，構(gòu)建了適用于不同飛行

4、狀態(tài)下傾轉(zhuǎn)旋翼機非定常流場數(shù)值模擬方法。為了兼顧傾轉(zhuǎn)旋翼機干擾流場的模擬精度和效率，首先，提出了一種介于貼體CFD方法與傳統(tǒng)動量源方法之間的非定常動量源方法；然后，將Navier-Stokes方程作為控制方程，湍流模型選取了一方程S-A模型，采用了雙時間推進方法；并引入OpenMP并行加速技術(shù)。在此基礎上，通過不同模型旋翼流場的算例計算，驗證了本文方法的有效性，同時對比反映了非定常動量源方法具有較好的計算精度和效率。
　　第四章，

5、為了揭示傾轉(zhuǎn)旋翼機的非定常氣動干擾現(xiàn)象，在上述分析方法基礎上，對懸停、前飛（直升機模式、飛機模式）以及過渡狀態(tài)下傾轉(zhuǎn)旋翼機的全機氣動干擾流場進行了模擬。細致分析了懸停狀態(tài)下傾轉(zhuǎn)旋翼機特有的“噴泉效應”、不同前飛模式下干擾程度和方式的差別以及不同過渡狀態(tài)下的傾轉(zhuǎn)旋翼機氣動特性變化特征等，獲得了多狀態(tài)下傾轉(zhuǎn)旋翼機非定常干擾流場的特性。
　　第五章，為了獲得不同結(jié)構(gòu)/氣動參數(shù)對傾轉(zhuǎn)旋翼機干擾流場的影響特性，針對不同飛行狀態(tài)，分別開展了旋

6、翼/機翼間距、機翼襟翼角、旋翼轉(zhuǎn)向及尾翼構(gòu)型對全機流場的干擾影響，獲得了相應的參數(shù)影響規(guī)律。并進一步分析了各部件對機翼的氣動干擾方式和程度，為進行傾轉(zhuǎn)旋翼機多目標、多狀態(tài)的氣動優(yōu)化打下了基礎。
　　第六章，將CFD方法和代理模型方法相結(jié)合，建立了一套適用于傾轉(zhuǎn)旋翼機氣動外形綜合優(yōu)化的高效優(yōu)化設計方法。為了提高傾轉(zhuǎn)旋翼機的運輸性能，以降低干擾狀態(tài)下懸停狀態(tài)的機身增重和前飛狀態(tài)下的阻力為優(yōu)化目標，選取機翼后掠角、翼型配置等作為設計參數(shù)