變轉速旋翼直升機動力學建模及仿真分析
發(fā)布時間：2021-06-27 12:11
直升機的廣泛應用對直升機的性能提出了更高的要求,變轉速旋翼概念重獲關注。通過降低旋翼的轉速,提高直升機的前飛速度,最大升限,降低需用功率,降低油耗,增加航時航程,擴展飛行包線,是直升機發(fā)展歷程的一個重大突破。同時,旋翼轉速的變化也可能會帶來一些問題,旋翼轉速降低,槳盤兩側的氣流不對稱加劇,反流區(qū)加大等因素會影響到旋翼的振動問題。本文建立了直升機的飛行力學模型,以黑鷹直升機為研究對象,旋翼氣動力以葉素理論為基礎,考慮反流區(qū)的影響,結合機身、尾槳、平尾和垂尾模型,進行直升機的全機配平,并與黑鷹直升機的飛行試驗數(shù)據做對比,驗證飛行力學模型的準確性。在此基礎上,通過降低旋翼的轉速研究旋翼轉速變化后,直升機操縱量和姿態(tài)角的變化規(guī)律。除此以外,本文針對黑鷹直升機的需用功率進行計算,總結和歸納了變轉速條件下直升機需用功率的變化規(guī)律并討論和分析其原因。針對直升機振動載荷的研究,本文基于大變形梁模型建立槳葉的結構模型,結合線性入流、粘性渦粒子法和二維非定常氣動力模型建立旋翼氣動模型,并利用哈密頓變分原理建立了旋翼氣動結構耦合動力學模型。在載荷計算方面,采用將反力法和力積分法相結合的混合法。以小羚羊直升機...
【文章來源】：南京航空航天大學江蘇省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：77 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
XH-51A復合直升機
變轉速旋翼直升機動力學建模及仿真分析機的飛行速度達到了 487.2km/h，創(chuàng)造了當時的直升機最快飛行速度記錄。同年，該機開量生產，并命名為 AH-56A 復合直升機“夏延”，其主旋翼是由四片剛性旋翼組成，并且機側設計有一對機翼，前飛時，機翼可以提供一部分升力，主旋翼轉速可適當降低，有利于前飛速度。美國陸軍和空軍為了實現(xiàn)垂直起降技術而研制的 XV-3 傾轉旋翼機，為后來V-15 和“魚鷹”V-22 的傾轉旋翼技術提供了大量的理論和試驗基礎，XV-15 和 V-22 的旋有兩個工作轉速。“魚鷹”V-22 傾轉旋翼機是由美國貝爾直升機公司和波音公司聯(lián)合設計的一款中型運輸機，具有直升機的垂直起降能力和固定翼螺旋槳飛機的高速，高效，航程遠耗低的特性。2008 年美國西科斯基公司又推出一款高速攻擊型直升機 X-2，它主要的特點采用了共軸雙旋翼構型和前行槳葉概念（Advanced Blade Concept），前行槳葉概念是旋翼采用共軸剛性雙旋翼構型，兩個旋翼轉向相反，在高速飛行時，旋翼的前行槳葉提供主要，后行槳葉卸載，由此消除了槳葉發(fā)生失速時的大扭矩和飛行限制。在高速飛行時，為了氣流壓縮引起的阻力增大的問題，兩個旋翼同時減小旋翼轉速，同時采用無尾槳構型，結寸緊湊，氣動特性和機動特性都有大幅提升。
油耗低的特性。2008 年美國西科斯基公司又推出一款高速攻擊型直升機 X-2，它主要的特點就是采用了共軸雙旋翼構型和前行槳葉概念（Advanced Blade Concept），前行槳葉概念是旋翼系統(tǒng)采用共軸剛性雙旋翼構型，兩個旋翼轉向相反，在高速飛行時，旋翼的前行槳葉提供主要升力，后行槳葉卸載，由此消除了槳葉發(fā)生失速時的大扭矩和飛行限制。在高速飛行時，為了解決氣流壓縮引起的阻力增大的問題，兩個旋翼同時減小旋翼轉速，同時采用無尾槳構型，結構尺寸緊湊，氣動特性和機動特性都有大幅提升。圖 1. 1 XH-51A 復合直升機 圖 1. 2AH-56A“夏延”復合直升機
【參考文獻】：
期刊論文
[1]變轉速模型旋翼揮舞擺振低階載荷試驗研究[J]. 黃東盛,吳世杰,韓東. 航空學報. 2016(03)
[2]優(yōu)化轉速旋翼性能分析與應用[J]. 劉士明,楊衛(wèi)東,董凌華,武慶中,吳裕平. 南京航空航天大學學報. 2014(06)
[3]基于幾何精確槳葉模型的旋翼剛柔耦合建模[J]. 吳杰,楊衛(wèi)東,虞志浩. 科學技術與工程. 2014(31)
[4]變轉速旋翼直升機性能及配平研究[J]. 韓東. 航空學報. 2013(06)
[5]基于Broyden法的旋翼多體系統(tǒng)氣動彈性分析[J]. 虞志浩,楊衛(wèi)東,張呈林. 航空學報. 2012(12)
[6]變轉速傾轉旋翼機多體系統(tǒng)氣彈響應分析[J]. 楊衛(wèi)東,董凌華. 哈爾濱工業(yè)大學學報. 2006(02)
[7]直升機后掠槳尖旋翼氣彈穩(wěn)定性研究[J]. 楊衛(wèi)東,鄧景輝. 南京航空航天大學學報. 2003(03)
[8]直升機旋翼/機身耦合系統(tǒng)的氣彈響應分析（一）旋翼系統(tǒng)的建模[J]. 鄭兆昌,程永明,任革學. 應用力學學報. 1999(01)
[9]后掠槳尖旋翼氣彈響應及載荷分析[J]. 楊衛(wèi)東,張呈林,王適存. 南京航空航天大學學報. 1998(01)
博士論文
[1]直升機旋翼氣動彈性振動載荷研究[D]. 吳杰.南京航空航天大學 2013
碩士論文
[1]變轉速剛性旋翼載荷分析與試驗研究[D]. 孫宇.南京航空航天大學 2016
[2]黑鷹直升機飛行特性研究[D]. 鄭文東.南京航空航天大學 2009
本文編號：3252822
【文章來源】：南京航空航天大學江蘇省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：77 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
XH-51A復合直升機
變轉速旋翼直升機動力學建模及仿真分析機的飛行速度達到了 487.2km/h，創(chuàng)造了當時的直升機最快飛行速度記錄。同年，該機開量生產，并命名為 AH-56A 復合直升機“夏延”，其主旋翼是由四片剛性旋翼組成，并且機側設計有一對機翼，前飛時，機翼可以提供一部分升力，主旋翼轉速可適當降低，有利于前飛速度。美國陸軍和空軍為了實現(xiàn)垂直起降技術而研制的 XV-3 傾轉旋翼機，為后來V-15 和“魚鷹”V-22 的傾轉旋翼技術提供了大量的理論和試驗基礎，XV-15 和 V-22 的旋有兩個工作轉速。“魚鷹”V-22 傾轉旋翼機是由美國貝爾直升機公司和波音公司聯(lián)合設計的一款中型運輸機，具有直升機的垂直起降能力和固定翼螺旋槳飛機的高速，高效，航程遠耗低的特性。2008 年美國西科斯基公司又推出一款高速攻擊型直升機 X-2，它主要的特點采用了共軸雙旋翼構型和前行槳葉概念（Advanced Blade Concept），前行槳葉概念是旋翼采用共軸剛性雙旋翼構型，兩個旋翼轉向相反，在高速飛行時，旋翼的前行槳葉提供主要，后行槳葉卸載，由此消除了槳葉發(fā)生失速時的大扭矩和飛行限制。在高速飛行時，為了氣流壓縮引起的阻力增大的問題，兩個旋翼同時減小旋翼轉速，同時采用無尾槳構型，結寸緊湊，氣動特性和機動特性都有大幅提升。
油耗低的特性。2008 年美國西科斯基公司又推出一款高速攻擊型直升機 X-2，它主要的特點就是采用了共軸雙旋翼構型和前行槳葉概念（Advanced Blade Concept），前行槳葉概念是旋翼系統(tǒng)采用共軸剛性雙旋翼構型，兩個旋翼轉向相反，在高速飛行時，旋翼的前行槳葉提供主要升力，后行槳葉卸載，由此消除了槳葉發(fā)生失速時的大扭矩和飛行限制。在高速飛行時，為了解決氣流壓縮引起的阻力增大的問題，兩個旋翼同時減小旋翼轉速，同時采用無尾槳構型，結構尺寸緊湊，氣動特性和機動特性都有大幅提升。圖 1. 1 XH-51A 復合直升機 圖 1. 2AH-56A“夏延”復合直升機
【參考文獻】：
期刊論文
[1]變轉速模型旋翼揮舞擺振低階載荷試驗研究[J]. 黃東盛,吳世杰,韓東. 航空學報. 2016(03)
[2]優(yōu)化轉速旋翼性能分析與應用[J]. 劉士明,楊衛(wèi)東,董凌華,武慶中,吳裕平. 南京航空航天大學學報. 2014(06)
[3]基于幾何精確槳葉模型的旋翼剛柔耦合建模[J]. 吳杰,楊衛(wèi)東,虞志浩. 科學技術與工程. 2014(31)
[4]變轉速旋翼直升機性能及配平研究[J]. 韓東. 航空學報. 2013(06)
[5]基于Broyden法的旋翼多體系統(tǒng)氣動彈性分析[J]. 虞志浩,楊衛(wèi)東,張呈林. 航空學報. 2012(12)
[6]變轉速傾轉旋翼機多體系統(tǒng)氣彈響應分析[J]. 楊衛(wèi)東,董凌華. 哈爾濱工業(yè)大學學報. 2006(02)
[7]直升機后掠槳尖旋翼氣彈穩(wěn)定性研究[J]. 楊衛(wèi)東,鄧景輝. 南京航空航天大學學報. 2003(03)
[8]直升機旋翼/機身耦合系統(tǒng)的氣彈響應分析（一）旋翼系統(tǒng)的建模[J]. 鄭兆昌,程永明,任革學. 應用力學學報. 1999(01)
[9]后掠槳尖旋翼氣彈響應及載荷分析[J]. 楊衛(wèi)東,張呈林,王適存. 南京航空航天大學學報. 1998(01)
博士論文
[1]直升機旋翼氣動彈性振動載荷研究[D]. 吳杰.南京航空航天大學 2013
碩士論文
[1]變轉速剛性旋翼載荷分析與試驗研究[D]. 孫宇.南京航空航天大學 2016
[2]黑鷹直升機飛行特性研究[D]. 鄭文東.南京航空航天大學 2009
本文編號：3252822
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