直升机概念设计与优化方法研究

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1、中图分类号：V221论文编号：102870115－S253学科分类号：082520硕士学位论文直升机概念设计与优化方法研究研究生姓名桂敬冉学科、专业航空宇航科学与技术（直升机工程）研究方向直升机飞行力学与控制指导教师陈仁良教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年三月1NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchonMethodofHe

2、licopterConceptualDesignandOptimizationAThesisinAerospaceScience&Technology(HelicopterEngineering)byGuiJingRanAdvisedbyProf.ChenRenliangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,20152承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指

3、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：3直升机概念设计与优化方法研究摘要直升机概念设计是直升机总体设计的第一阶段，是总体设计的基础。概念设计的任务是找到一个或多个

4、满足设计要求且满足设计规范的初始方案，并确定它们的主要总体参数和气动布局参数，是从无到有的设计过程。为了更好的进行总体设计，需在概念设计选出较为理想的参数初值。本文针对单旋翼带尾桨直升机，提出了一种概念设计权衡方法，较为系统的给出了直升机概念设计阶段设计参数的选择与简单优化过程。本文首先制定一组直升机设计技术要求，然后根据设计技术要求，采用统计及分析的方法初步选择直升机的总重、发动机输出功率、旋翼半径、旋翼实度以及旋翼桨尖速度等总体参数。然后建立工程法计算飞行性能的模型，及相应的重量估算模型，结

5、合设计技术要求，以飞行性能和重量为约束，利用SNOPT软件对总体参数进行优化，得到一组较为合理的总体参数。然后提出适用于直升机概念设计的飞行力学分析方法，初选气动布局参数，建立飞行力学数学模型，在此基础上更新功率计算方法，建立基于飞行力学模型的飞行性能计算模型，同时更新重量计算方法，分析了总体参数对飞行性能的影响，采用SNOPT软件对总体参数进行再次优化。最后，建立直升机的稳定性分析模型，分析了部分概念设计参数对直升机稳定性的影响，作为概念设计参数修正的依据，最终得到一套满足设计技术要求的概念设

6、计方案。关键词：概念设计，总体参数，气动布局参数，飞行性能，飞行力学分析方法，优化，稳定性4南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTConceptualdesignisthefirststepofhelicopterdesignandthebasisofoveralldesign.Thetaskofconceptualdesignistofindoneormoreinitialsolutionthatmeetthedesignrequirementsandthedesignspecifica

7、tion,aswellastheirmainparametersandaerodynamicparameters,isadesignprocessfromscratch.Inordertodotheoveralldesignbetter,it’sveryimportanttoselecttheidealparametersoftheinitialvalueintheconceptualdesign.Asynthetictrade-offapproachofconceptualdesignisde

8、velopedforhelicopterwithmainandtailrotorsinthispaper,whichshowshowtoselectandoptimizeconceptualdesignparameters.Thisarticlefirstformulatedasetofhelicopterdesigntechnicalrequirements,andselectoverallparameterslikethetotalweightofthehelicopter,enginepo