基于CFD方法的高速直升机共轴刚性双旋翼的气动特性研究

摘要

高速直升机共轴刚性双旋翼的气动特性数值计算是直升机空气动力学领域富有挑战性和具有重要意义的研究课题。本文首先基于结构运动嵌套网格建立了一套适合于共轴双旋翼流场模拟的CFD方法，然后应用该方法分别对高速直升机旋翼桨叶的气动外形设计以及不同状态下高速直升机共轴刚性双旋翼的气动特性进行了研究。主要研究内容如下：
　　作为研究背景和前提，第一章阐述了本文的研究对象及意义，并对高速直升机共轴刚性双旋翼气动特性的国内外研究现状进行了概述，指出了目前研究方法的不足及难点，在此基础上提出了本文拟采用的研究方法。
　　第二章针对共轴双旋翼的结构和流场特点，基于运动嵌套网格技术并结合桨叶贴体结构网格生成方法，建立了一套适合于共轴双旋翼流场数值模拟的结构运动嵌套网格生成方法。
　　在上一章建立的共轴双旋翼结构运动嵌套网格系统的基础上，第三章发展了一套新的、适合于共轴双旋翼悬停/前飞流场模拟的CFD方法和程序，并采用有试验数据可供对比的算例对该方法的有效性进行了验证。在该方法中，以 Euler方程作为控制方程，采用有限体积法对它进行空间离散；为了提高模拟精度，采用低耗散的Roe格式并结合MUSCL格式计算无粘通量；为了模拟共轴双旋翼流场的非定常变化过程，采用双时间法进行时间步进。
　　第四章深入地分析了X2高速直升机旋翼桨叶的气动外形设计特点，在此基础上应用本文建立的网格生成方法及流场数值模拟方法开展了高速直升机旋翼桨叶的气动外形设计研究，并得到了若干有用的设计规律。
　　在第五章，应用本文建立的网格生成方法及流场数值模拟方法对悬停及高前进比前飞状态下X2高速直升机共轴刚性双旋翼的气动特性进行了计算与分析，着重研究了参数变化对X2旋翼气动特性的影响，并得出了一些有意义的结论。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 概述

1.2 高速直升机共轴刚性双旋翼的气动特点

1.3 国内外研究概况

1.4 本文的主要研究工作

第二章 共轴双旋翼结构运动嵌套网格的生成方法

2.1 引言

2.2 旋翼桨叶贴体结构网格生成方法

2.3 单旋翼结构运动嵌套网格的生成方法

2.4 共轴双旋翼结构运动嵌套网格的生成方法

2.5 本章小结

第三章 共轴双旋翼流场的数值模拟方法

3.1 引言

3.2 共轴双旋翼流场的数值模拟方法

3.3 方法验证

3.4 本章小结

第四章 高速直升机旋翼桨叶的气动外形设计

4.1 引言

4.2 X2高速直升机旋翼桨叶的气动外形研究

4.3 高速直升机旋翼桨叶的气动外形设计

4.4 结论

第五章 高速直升机共轴刚性双旋翼的气动特性研究

5.1 引言

5.2 悬停状态下高速直升机共轴刚性双旋翼的气动特性计算与分析

5.3 前飞状态下高速直升机共轴刚性双旋翼的气动特性计算与分析

5.4 结论

第六章 研究工作总结及展望

6.1 本文研究工作总结

6.2 本文工作的主要特色

6.3 后续研究工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文