直升機旋翼地面效應(yīng)研究.pdf

1、低空、低速飛行是直升機的特點和優(yōu)勢，近地面飛行是直升機的重要飛行狀態(tài)，但現(xiàn)有的旋翼空氣動力學(xué)理論模型對地面效應(yīng)尚缺乏完整的分析方法。發(fā)展適用于旋翼地面效應(yīng)的分析模型，能用于模擬旋翼在無限地面效應(yīng)和有限地面效應(yīng)中的穩(wěn)態(tài)飛行和過渡飛行，分析不同地面效應(yīng)狀態(tài)下的旋翼流場特性和旋翼性能，為直升機的設(shè)計提供理論指導(dǎo)，具有重要的理論意義和實用價值。
　　本文針對直升機近地飛行時的旋翼地面效應(yīng)問題，發(fā)展了用于計算地面效應(yīng)中旋翼流場和氣動力的空氣

2、動力學(xué)模型，用于模擬旋翼在無限地面、有限地面上方進行穩(wěn)定懸停、穩(wěn)定小速度前飛（前進比小于0.1）以及過渡飛行所產(chǎn)生的多種地面效應(yīng)。
　?。?）針對無限地面作用下的旋翼穩(wěn)態(tài)飛行地面效應(yīng)，基于現(xiàn)有的松弛迭代旋翼自由尾跡格式和面元法，提出了按環(huán)式布置梯形地面面元的面元法，采取地面面元的控制點分布與旋翼尾跡渦線幾何形狀相接近的手段，消除了由于地面離散所導(dǎo)致的近地渦線非物理波動問題，提高了計算模型的準確性。同時采用“等比例”修正法，修正旋翼

3、初始尾跡，解決了現(xiàn)有模型中尾跡渦線落入無限地面下方的問題，通過對比有地效和無地效情況下的旋翼性能與尾跡結(jié)構(gòu)特性，得到了旋翼在無限地面上方進行穩(wěn)定懸停和小速度前飛（前進比小于0.1）的地面效應(yīng)。
　　（2）建立了旋翼在無限地面上方進行近地面過渡飛行的地面效應(yīng)分析模型。該模型針對現(xiàn)有時間步進旋翼自由尾跡格式CB2D穩(wěn)定性不足的問題，提出了三階精度的時間步進自由尾跡顯式格式CB3D，與CB2D格式相比，消除了具有反數(shù)值耗散效應(yīng)的二階誤差

4、項，提高了旋翼近地面過渡飛行的地面效應(yīng)分析精度與計算效率，并改善了地面效應(yīng)的數(shù)值穩(wěn)定性問題。同時提出了“等體積”修正方法，消除了“等比例”修正法用于過渡飛行狀態(tài)誤差過大的問題。通過對比分析旋翼在無限地面上方穩(wěn)態(tài)飛行和過渡飛行的地面效應(yīng)，得到了過渡飛行的速度變化率對地面效應(yīng)中的旋翼尾跡結(jié)構(gòu)和旋翼氣動性能的影響。
　?。?）建立了旋翼在有限地面上方進行近地面懸停和過渡飛行時的地面效應(yīng)分析模型，針對無限地面和有限地面對旋翼尾跡的不同作用

5、效果，提出了“物質(zhì)線”修正方法，解決了尾跡節(jié)點“穿過”有限地面而落入其下方的問題。將“物質(zhì)線”修正法與CB3D格式綜合，研究了旋翼在有限平面、有限斜面和動態(tài)平面附近懸停和低速飛行時的旋翼流場和氣動性能，分析了旋翼在有限地面上方不同位置處懸停時的地面效應(yīng)與旋翼揮舞和操縱，以及地面動態(tài)升降和動態(tài)旋轉(zhuǎn)對旋翼地面效應(yīng)的影響，計算了旋翼以不同飛行路線飛越有限地面上方時的過渡飛行地面效應(yīng)。
　?。?）針對旋翼有限地面效應(yīng)試驗數(shù)據(jù)相對匱乏的現(xiàn)狀