本文關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)失速下翼型氣彈響應(yīng)實(shí)驗(yàn)方法研究及數(shù)值仿真

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【摘要】：動(dòng)態(tài)失速是直升機(jī)在前飛狀態(tài)下旋翼后行槳葉出現(xiàn)的典型非定常氣動(dòng)力現(xiàn)象,除限制了直升機(jī)前飛速度的提高外,由于氣動(dòng)力與槳葉(周期性)運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)的耦合引起的槳葉非線性氣彈響應(yīng)是導(dǎo)致旋翼振動(dòng)以致結(jié)構(gòu)疲勞的重要因素之一。因而使得在動(dòng)態(tài)失速下旋翼的氣彈響應(yīng)預(yù)測(cè)成為旋翼設(shè)計(jì)的關(guān)鍵也是熱點(diǎn)問(wèn)題之一。雖然人們利用CFD/CSD氣彈響應(yīng)計(jì)算方法(松/緊耦合)對(duì)其進(jìn)行了一些分析,但由于計(jì)算量巨大或氣動(dòng)力模型不夠精確,而實(shí)驗(yàn)研究又十分缺乏,結(jié)果至今對(duì)動(dòng)態(tài)失速氣彈耦合響應(yīng)機(jī)理認(rèn)識(shí)仍顯得不足,從而使得該問(wèn)題的解決成為工程設(shè)計(jì)迫切關(guān)心的問(wèn)題。本文為加深對(duì)動(dòng)態(tài)失速下翼型的氣彈響應(yīng)機(jī)理的認(rèn)識(shí),開(kāi)展了以下工作:1、調(diào)研分析了現(xiàn)有研究成果,基于B-L氣動(dòng)力模型結(jié)合動(dòng)力學(xué)方程建立了帶彈簧約束的俯仰振蕩翼型的氣彈耦合響應(yīng)物理和數(shù)學(xué)模型,構(gòu)建了非線性氣彈緊耦合響應(yīng)計(jì)算方法。通過(guò)初步分析,獲得了復(fù)雜的氣彈響應(yīng)圖像,說(shuō)明在動(dòng)態(tài)失速下帶彈簧約束的俯仰振蕩翼型在氣動(dòng)力和結(jié)構(gòu)變形之間具有十分復(fù)雜的耦合響應(yīng)特性。結(jié)合其他學(xué)者的研究,表明不僅系統(tǒng)參數(shù)(運(yùn)動(dòng)初值)的變化對(duì)氣彈響應(yīng)有著十分重要的影響,而且氣動(dòng)力模型的不同會(huì)有顯著不同的響應(yīng)預(yù)測(cè)結(jié)果,進(jìn)一步證實(shí)了開(kāi)發(fā)更為符合實(shí)際的氣動(dòng)力模型是十分重要的。但前提是要對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)機(jī)理有更為準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)才行,這一點(diǎn)目前最可行的方法之一就是通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行研究;2、設(shè)計(jì)了帶彈簧約束的俯仰振蕩翼型的動(dòng)態(tài)失速下氣彈響應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置,并能兼顧剛體模型實(shí)驗(yàn),且約束彈簧剛度可變換。解決了(1)內(nèi)嵌天平的設(shè)計(jì)問(wèn)題。由于研究性風(fēng)洞試驗(yàn)段一般尺寸較小,所設(shè)計(jì)模型因堵塞度限制了尺寸,對(duì)天平設(shè)計(jì)提出了非�？量痰囊�。為了解決該問(wèn)題,我們比較了多種方案,主要是多天平方案存在相互干擾難以消除的問(wèn)題。最后還是在內(nèi)嵌式天平上通過(guò)巧妙的結(jié)構(gòu)和力學(xué)設(shè)計(jì)克服了載荷大、空間有限等問(wèn)題,成功解決了這一難題;(2)帶彈簧約束情況下對(duì)模型驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題。為了在風(fēng)洞中模擬翼型的氣彈耦合響應(yīng),需要在翼型俯仰振蕩運(yùn)動(dòng)中使得彈簧能隨翼型的振蕩在非定常氣動(dòng)力作用下自由變形,并且可更換不同剛度的彈簧,因此彈性模塊必須是在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與模型間安裝,且需要設(shè)計(jì)特殊機(jī)構(gòu)使得彈簧剛度可調(diào)。因此,通過(guò)結(jié)構(gòu)分析和力傳遞原理分析,利用相對(duì)簡(jiǎn)單且低成本的連桿機(jī)構(gòu)解決了該問(wèn)題。3、開(kāi)展了動(dòng)態(tài)失速下帶彈簧約束的俯仰振蕩翼型的氣彈響應(yīng)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)與數(shù)值響應(yīng)結(jié)果對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)的響應(yīng)與預(yù)測(cè)結(jié)果有較大差別,主要在于:(1)模型系統(tǒng)的阻尼未在動(dòng)力學(xué)方程中考慮且可以預(yù)計(jì)較難測(cè)準(zhǔn)。通過(guò)預(yù)設(shè)一定的阻尼,數(shù)值響應(yīng)結(jié)果的趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果逐漸接近;(2)氣動(dòng)力模型本身還存在與實(shí)際不符之處。如對(duì)非定常復(fù)雜流動(dòng)的反映不足;(3)非線性氣彈耦合響應(yīng)使得繞翼型的流動(dòng)更加復(fù)雜,氣動(dòng)力模型難以實(shí)時(shí)反映這種流動(dòng)的變化情況。
【關(guān)鍵詞】：翼型 動(dòng)態(tài)失速 氣彈耦合 響應(yīng)機(jī)理 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V211.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 第一章 緒論16-26
• 1.1 課題來(lái)源、研究背景與意義16-17
• 1.1.1 課題來(lái)源16
• 1.1.2 研究背景與意義16-17
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況17-23
• 1.2.1 二維動(dòng)態(tài)失速機(jī)理和模型的建立17-18
• 1.2.2 動(dòng)態(tài)失速影響因素的分析18-19
• 1.2.3 動(dòng)態(tài)失速下氣彈響應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究19-23
• 1.3 本文主要工作和內(nèi)容23-26
• 第二章 非線性氣彈耦合響應(yīng)數(shù)據(jù)的理論分析基礎(chǔ)26-38
• 2.1 非線性動(dòng)力現(xiàn)象26-30
• 2.1.1 穩(wěn)定性26-28
• 2.1.2 極限環(huán)28
• 2.1.3 混沌28-30
• 2.2 非線性系統(tǒng)的特征和診斷方法30-37
• 2.2.1 相平面法30
• 2.2.2 龐加萊截面法30-33
• 2.2.3 頻閃采樣法33-34
• 2.2.4 功率譜34-36
• 2.2.5 李雅普諾夫指數(shù)36-37
• 2.3 本章小結(jié)37-38
• 第三章 氣動(dòng)彈性緊耦合仿真計(jì)算與分析38-50
• 3.1 二維氣動(dòng)彈性系統(tǒng)的建立38-42
• 3.2 一類簡(jiǎn)化模型仿真結(jié)果驗(yàn)證42-44
• 3.3 二類簡(jiǎn)化模型仿真結(jié)果與討論44-48
• 3.4 本章小結(jié)48-50
• 第四章 動(dòng)態(tài)失速下翼型氣彈響應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)50-66
• 4.1 風(fēng)洞規(guī)格50-51
• 4.2 模型設(shè)計(jì)51-53
• 4.2.1 二元翼型實(shí)驗(yàn)方法51
• 4.2.2 阻塞度51-52
• 4.2.3 洞壁邊界層干擾52-53
• 4.3 測(cè)力系統(tǒng)53-60
• 4.3.1 安裝位置與天平選擇53-55
• 4.3.2 天平量程與尺寸確定55-58
• 4.3.3 應(yīng)力分析58-60
• 4.4 氣彈模擬系統(tǒng)60-62
• 4.4.1 設(shè)計(jì)難點(diǎn)60
• 4.4.2 彈力機(jī)構(gòu)60-61
• 4.4.3 彈力解算61-62
• 4.5 振蕩驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)62-63
• 4.5.1 減縮頻率62-63
• 4.5.2 驅(qū)動(dòng)裝置63
• 4.6 總體設(shè)計(jì)方案63-64
• 4.7 本章小結(jié)64-66
• 第五章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與對(duì)比66-80
• 5.1 實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)66-67
• 5.2 實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證67-70
• 5.2.1 定常實(shí)驗(yàn)67
• 5.2.2 剛性非定常實(shí)驗(yàn)67-69
• 5.2.3 彈性非定常實(shí)驗(yàn)69-70
• 5.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)對(duì)比70-78
• 5.3.1 阻尼項(xiàng)的影響70-71
• 5.3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析71-78
• 5.4 本章小結(jié)78-80
• 第六章 結(jié)論與展望80-82
• 6.1 主要工作與創(chuàng)新點(diǎn)80-81
• 6.2 后續(xù)研究工作81-82
• 參考文獻(xiàn)82-84
• 致謝84-86
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文86

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本文編號(hào)：671027