直升機(jī)旋翼地面效應(yīng)研究.pdf

1、低空、低速飛行是直升機(jī)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，近地面飛行是直升機(jī)的重要飛行狀態(tài)，但現(xiàn)有的旋翼空氣動(dòng)力學(xué)理論模型對(duì)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(chǎng)特性和旋翼性能，為直升機(jī)的設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　本文針對(duì)直升機(jī)近地飛行時(shí)的旋翼地面效應(yīng)問題，發(fā)展了用于計(jì)算地面效應(yīng)中旋翼流場(chǎng)和氣動(dòng)力的空氣

2、動(dòng)力學(xué)模型，用于模擬旋翼在無限地面、有限地面上方進(jìn)行穩(wěn)定懸停、穩(wěn)定小速度前飛（前進(jìn)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(duì)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(diǎn)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(dòng)問題，提高了計(jì)算模型的準(zhǔn)確性。同時(shí)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(duì)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(jìn)行穩(wěn)定懸停和小速度前飛（前進(jìn)比小于0.1）的地面效應(yīng)。
　?。?）建立了旋翼在無限地面上方進(jìn)行近地面過渡飛行的地面效應(yīng)分析模型。該模型針對(duì)現(xiàn)有時(shí)間步進(jìn)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(shí)間步進(jìn)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(xiàng)，提高了旋翼近地面過渡飛行的地面效應(yīng)分析精度與計(jì)算效率，并改善了地面效應(yīng)的數(shù)值穩(wěn)定性問題。同時(shí)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(duì)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(duì)地面效應(yīng)中的旋翼尾跡結(jié)構(gòu)和旋翼氣動(dòng)性能的影響。
　　（3）建立了旋翼在有限地面上方進(jìn)行近地面懸停和過渡飛行時(shí)的地面效應(yīng)分析模型，針對(duì)無限地面和有限地面對(duì)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(diǎn)“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(dòng)態(tài)平面附近懸停和低速飛行時(shí)的旋翼流場(chǎng)和氣動(dòng)性能，分析了旋翼在有限地面上方不同位置處懸停時(shí)的地面效應(yīng)與旋翼揮舞和操縱，以及地面動(dòng)態(tài)升降和動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)對(duì)旋翼地面效應(yīng)的影響，計(jì)算了旋翼以不同飛行路線飛越有限地面上方時(shí)的過渡飛行地面效應(yīng)。
　?。?）針對(duì)旋翼有限地面效應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)匱乏的現(xiàn)狀