机动飞行状态下的旋翼入流和响应分析

论文摘要

机动飞行状态下的旋翼入流和响应问题是直升机空气动力学领域中具有挑战性的研究课题。本文采用基于弯曲涡管推导的畸变入流模型,结合增广的Pitt-Peters动态入流模型,针对旋翼在有机动角运动时的入流和响应特性进行了理论研究。作为前提和背景,本文首先简要介绍了国内外在机动飞行状态旋翼气动特性方面的研究现状,指出旋翼在机动俯仰和滚转飞行时的入流和响应特性可归结为旋翼角运动的影响问题。第二章推导了直涡管和弯曲涡管诱导速度模型,并结合这两种模型,建立了一个适用于分析直升机机动飞行入流特性的畸变涡管模型。第三章首先应用建立的涡管模型和方法计算了旋翼在无角运动时的入流分布,并与实验结果进行对比,以验证尾迹涡管模型的有效性;然后计算了直升机在悬停和前飞时俯仰率及滚转率对旋翼入流的影响。第四章考虑机动飞行时尾迹畸变对入流的影响,首先对Pitt-Peters动态入流模型进行了增广处理;然后在前两章涡管分析模型的基础上建立了动态的尾迹畸变模型,以分析机动飞行时的尾迹滞后效应。第五章推导了计入旋翼角运动时的桨叶挥舞动力学方程,并给出了旋翼的平衡分析模型。第六章结合增广的动态入流模型、动态尾迹畸变模型、桨叶挥舞动力学模型和旋翼平衡分析模型,建立了一个旋翼有机动角运动时的入流和动态响应的分析方法,并应用该方法分析了模型旋翼在机动飞行状态下旋翼的入流特性和动态响应特性,得出了一些新的结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 机动飞行状态旋翼气动特性的研究现状
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 机动飞行状态下旋翼入流分析模型
• 2.1 坐标系的定义
• 2.2 旋翼尾迹涡管模型
• 2.2.1 尾迹涡管运动方程
• 2.2.2 桨盘上的诱导速度
• 2.3 涡核修正
• 2.4 计算步骤
• 2.5 小结
• 第三章 机动飞行状态下旋翼入流计算
• 3.1 入流计算模型的验证
• 3.2 机动飞行时的旋翼入流计算
• 3.2.1 悬停状态
• 3.2.2 前飞状态
• 3.3 小结
• 第四章 旋翼入流模型的增广
• 4.1 Pitt-Peters 动态入流模型的增广
• 4.1.1 Pitt-Peters 动态入流模型
• 4.1.2 Pitt-Peters 动态入流模型的增广
• 4.2 动态尾迹畸变模型
• 4.3 小结
• 第五章 计入角运动的旋翼挥舞动力学模型及旋翼配平分析模型
• 5.1 计入角运动的桨叶挥舞动力学模型
• 5.1.1 桨叶挥舞参数描述
• 5.1.2 旋翼角运动引起的惯性力和哥氏力
• 5.1.3 桨叶气动力
• 5.1.4 挥舞动力学方程
• 5.2 旋翼配平分析模型
• 5.3 计算步骤
• 5.4 小结
• 第六章 机动飞行状态下旋翼的动态响应分析
• 6.1 模型旋翼的配平
• 6.2 机动飞行状态下旋翼的动态响应分析
• 6.2.1 机动飞行时（悬停）旋翼的动态响应分析
• 6.2.2 机动飞行时（前飞）旋翼的动态响应分析
• 6.2.3 挥舞较外伸量对旋翼动态气动特性的影响
• 6.2.4 前飞速度对旋翼动态气动特性的影响
• 6.2.5 俯仰率对旋翼气动特性的影响
• 6.3 滚转率对旋翼动态气动特性的影响
• 6.4 小结
• 第七章 结束语
• 7.1 本文主要工作内容
• 7.2 进一步研究的设想
• 附录 1 引起入流变化的参数表达式和挥舞方程系数
• 附录 2 挥舞方程系数
• 附录 3 拉力系数、俯仰力矩系数和滚转力矩系数表达式
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的主要论文