基于cfd_csd耦合的共轴刚性双旋翼振动载荷分析

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1、中图分类号:V214.1论文编号：102870118-S204学科分类号:082501硕士学位论文基于CFD/CSD耦合的共轴刚性双旋翼振动载荷分析研究生姓名余智豪学科、专业飞行器设计研究方向旋翼动力学指导教师杨卫东教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringComputationalAnalysisonVibrationLoadsofCoaxi

2、alRigidRotorsBasedonCFD/CSDCouplingAThesisinFlightVehicleDesignbyYuZhihaoAdvisedbyProf.YangWeidongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2017承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究

3、成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要本文集成动力学、气动模型，建立一种适用于共轴刚性双旋翼振动载荷计算的CFD/CSD耦合气动弹性分析方法。在动力学模型中，采用基于几何精确大变形梁理论的旋翼动力学模型，建模过程中充分考虑了各项弹性变形之间的耦合关系，不做任何变形幅度假设，采用Ha

4、milton原理建立动力学方程。气动部分采用旋翼CFD气动模型，生成一种流场区域划分、结构和非结构网格并用的共轴刚性双旋翼流场，运用滑移网格实现桨叶运动，并基于N-S控制方程建立双旋翼CFD计算模型。最后通过集成动力学、气动模型，采用松耦合方法进行模型之间的数据传递及更新，建立一种CFD/CSD松耦合气动弹性分析方法。针对旋翼振动载荷计算，采用一种力积分法和反力法的计算混合方法。本文通过计算验证二维翼型和三维模型旋翼桨叶的气动特性，证明CFD模型的准确性。将建立的振动载荷计算方法用于验证SA349/2直升机不同前进比下桨叶各个剖面的挥

5、舞、摆振载荷。计算结果更加贴近真实情况，高阶谐波载荷的计算精度有所提升，表明载荷计算中引入高精度的CFD模型能有效提高载荷预估的准确性。最后，将本文建立的方法应用在共轴刚性双旋翼前飞状态的载荷计算当中，对比XH-59A中高速前飞的挥舞、摆振弯矩试验数据，进一步证明本文载荷计算方法的准确性，同时也能准确预估共轴刚性双旋翼振动载荷。针对双旋翼气动干扰对载荷的影响，分析不同飞行参数和不同设计参数下，双旋翼干扰对结构载荷的影响，并总结出相应规律，为旋翼减振优化提供理论依据。关键词：直升机，旋翼，振动载荷，CFD/CSD耦合，大变形i南京航空航

6、天大学硕士学位论文ABSTRACTACFD/CSDcouplingmethodforanalysisontherotorvibrationloadsofcoaxialrigidrotorisadoptedbyintegratingstructuraldynamicmodelandaerodynamicmodel.Thegeometricallyexactlargedeformationtheoryisusedinstructuraldynamicmodel,fullycontainingthecouplingrelationshipo

7、fallelasticdeformationandwithnorestrictionofdeformation.TheHamiltonprincipleisadoptedinrotordynamicequation.TherotorCFDmodelisusedinaerodynamic.ThecoaxialrigidrotorflowfieldintheCFDmodelisconstructedbyusinggeographicdivisionmethod.AndtheCFDmodelisbuiltwiththeNavier-Stok

8、esgoverningequationcouplingwithmultiplemeshmotionmethod.Arotoraeroelasticanalysismethodforanalysisontherotorvi