动态失速下翼型气弹响应实验方法研究及数值仿真

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1、上海交通大学硕士学位论文动态失速下翼型气弹响应实验方法研究及数值仿真硕士研究生：费云飞学号：1124139025导师：王福新研究员副导师：申请学位：工学硕士学科：航空工程所在单位：航空航天学院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterEXPERIMENTALMETHODSTUDYANDNUMERICALSIMULATIONOFAEROELASTICRESPONSEOFAIRFOILDUET

2、ODYNAMICSTALLCandidate：FeiYunfeiStudentID:1124139025Supervisor：Prof.WangFuxinAssistantSupervisor:AcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AircraftEngineeringAffiliation：SchoolofAeronauticsandAstronauticsDateofDefence：Jan,2015Degree-Conferring-Institution：

3、ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文《动态失速下翼型气弹响应实验方法研究及数值仿真》，是本人在导师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：曰期:>?丨贫年，月2/曰上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定

4、，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本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和汇编本学位论文。保密□，在_年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密¥(请在以上方框内打“V”）学位论文作者签名:指导教师签名:日期:年丨月>/日曰期：年/月曰上海交通大学硕士学位论文动态失速下翼型气弹响应实验方法研究及数值仿真摘要动态失速是直升机在前飞状态下旋翼后行桨叶出现的典型非定常气动力现象，除限制了直升机前飞速度的提高外，由于

5、气动力与桨叶（周期性）运动和结构的耦合引起的桨叶非线性气弹响应是导致旋翼振动以致结构疲劳的重要因素之一。因而使得在动态失速下旋翼的气弹响应预测成为旋翼设计的关键也是热点问题之一。虽然人们利用CFD/CSD气弹响应计算方法（松/紧耦合）对其进行了一些分析，但由于计算量巨大或气动力模型不够精确，而实验研究又十分缺乏，结果至今对动态失速气弹耦合响应机理认识仍显得不足，从而使得该问题的解决成为工程设计迫切关心的问题。本文为加深对动态失速下翼型的气弹响应机理的认识，开展了以下工作：1、调研分析了现有研究成果，基于B-L气动力模型结合动力学方程

6、建立了带弹簧约束的俯仰振荡翼型的气弹耦合响应物理和数学模型，构建了非线性气弹紧耦合响应计算方法。通过初步分析，获得了复杂的气弹响应图像，说明在动态失速下带弹簧约束的俯仰振荡翼型在气动力和结构变形之间具有十分复杂的耦合响应特性。结合其他学者的研究，表明不仅系统参数（运动初值）的变化对气弹响应有着十分重要的影响，而且气动力模型的不同会有显著不同的响应预测结果，进一步证实了开发更为符合实际的气动力模型是十分重要的。但前提是要对真实系统的响应机理有更为准确的认识才行，这一点目前最可行的方法之一就是通过系统的实验来进行研究；2、设计了带弹簧约

7、束的俯仰振荡翼型的动态失速下气弹响应实验装置，并能兼顾刚体模型实验，且约束弹簧刚度可变换。解决了（1）内嵌天平的设计问题。由于研究性风洞试验段一般尺寸较小，所设计模型因堵塞度限制了尺寸，对天平设计提出了非常苛刻的要求。为了解决该问题，我们比较了多种方案，主要是多天平方案存在相互干扰难以消除的问题。最后还是在内嵌式天平上通过巧妙的结构和力学设计克服了载荷大、空间有限等问题，成功解决了这一难题；（2）带弹簧约束情况下对模型驱动的问题。为了在风洞中模拟翼型的气弹耦合响应，需要在翼型俯仰振荡运动中使得弹簧能随翼型的振荡在非定常气动力作用下自

8、由变形，并且可更换不同刚度的弹簧，因此弹性模块必须是在动力驱动系统与模型间I上海交通大学硕士学位论文安装，且需要设计特殊机构使得弹簧刚度可调。因此，通过结构分析和力传递原理分析，利用相对简单且低成本的连杆机构解决了该问题。3、开展了动