基于小扰动理论的桨叶叶素气动载荷计算方法

《基于小扰动理论的桨叶叶素气动载荷计算方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2016年2月北京航空航天大学学报February2016第42卷mE期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsVol-42No．2http：／／bhxb．buaa．edu．1211jbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0087基于小扰动理论的桨ptpt素气动载荷计算方法王巍1，李东升1，刘春2’+(I．北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100083；2．沈阳航空航天大学航空航天工程学部，沈阳110136)摘要：针对直升

2、机飞行仿真应用，采用小扰动理论建立了桨叶叶素气动载荷计算方法。该计算方法集成了弹性桨叶挥舞一摆振．扭转模态，耦合了旋翼动态入流、非定常动态失速气动模型和旋翼配平模型。整个算法采用标准的状态空间格式。为验证算法，以UH-60A直升机为例，在低速和高速2种定常飞行情况下，研究了偏航流效应对旋翼气功性能的影响，结果表明高速飞行时偏航流效应对旋翼气功性能影响较大。模拟了桨盘平面诱导速度分布以及桨叶叶素气动载荷，将仿真结果与飞行试验结果进行对比验证，本文建立的方法可以准确地求解定常飞行时桨叶的非定常气动载荷，捕捉其沿方位角的变化特征，对于大速度前飞仍能适用。关键词：

3、直升机；小扰动理论；旋翼；诱导速度；气动载荷中图分类号：V211．52文献标识码：A文章编号：1001—5965(2016)02旬294-09直升机依靠旋翼桨叶产生推进力、升力和操纵力，靠尾桨产生偏航力矩⋯，可以垂直起降而不受地形限制，无需大面积机场，可以向任意方向进行机动飞行。由于旋翼的气动性能直接影响到直升机的整体飞行性能，因此气动性能的准确模拟就显得尤为重要。研究直升机旋翼的非定常气动特性。就是研究旋翼诱导速度场、非定常气动力以及旋翼纵横交叉耦合等课题。旋翼诱导速度场的模型与旋翼的气动力和力矩特性模型的准确性直接相关。直升机稳定飞行时，可使用动量理论

4、粗略估算旋翼气动力，但当直升机做俯仰运动还是滚转运动或处于外部扰动状态时，旋翼的气动力以及诱导速度场均处于显著的动态变化之中，最后会影响桨叶载荷和旋翼挥舞动力学特性。因此，旋翼桨盘及附近的诱导速度的准确模拟是开展机动飞行时旋翼气动特性分析的关键¨1。目前，计算旋翼诱导流场的方法主要有3种：动态入流方法。3⋯、自由尾迹方法[s-6]、计算流体力学(CFD)方法¨‘81。动态人流方法通过假设桨盘人流线性分布，诱导速度各分量用3个线性常微分方程描述，与旋翼气动力和力矩密切相关，可以确定任意时刻桨盘上任意点的诱导速度及应用于所有直升机飞行动力学模型。自由尾迹方法采

5、用弹性桨叶模型，能较准确计算非定常／动态失速旋翼气动力，在实时飞行模拟中很少用此方法。另外，描述直升机运动的非线性微分方程(连续系统)与描述自由尾迹方法的差分方程(离散系统)相互嵌套，还没有一个成熟的、高效的、两者耦合的求解方法p’。而CFD方法尽管发展较快，但是由于计算机水平和数值方法的限制，需要耗费数小时得到仅仅若干问题的解，显然不适用于实时分析。为此，根据不同的研究目的，国外许多学者已经建立了准定常刚性桨叶模型¨“⋯、动态人流及非定常气动力模型¨’”1以及非定常自由尾迹模型¨⋯1，目前，这些模型已经被开发成飞行模拟器系统平台，由于收稿日期：2015-

6、02旬9；录用日期：2015-03·27；网络出版时间：2015-06-0316：44网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150603．1644．007．html{通讯作者：Tel。：024．89723716E-mail：mrehun—liu@sina．corn引用格式：王藐，李东升，刘春．基于小扰动理论的棠叶叶素气动载荷计算方法fJJ．北京航空航天大学学报，2016，42(2)：294．302．WANGw．LIDS．LIUC．Calculationmethodofbladeelementaerod)rn

7、amieloadsbasedOnsmallperturbationtheory【lj．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2016，42(2)：294-302(inChinese)．第2期王巍，等：基于小扰动理论的桨叶叶素气动载荷计算方法295保密因素，内部实现方法并未公布。在国内，南京航空航天大学对旋翼自由尾迹模型也进行了研究并取得了很多成果一’”。81，但上述研究主要集中在动态响应和求解计算方法上，而对适用于实时飞行运动仿真的旋翼模型研究很少。北京航空航天大学结合直升机虚拟现实技

8、术的发展需求，开展了非定常／动态失速气动力模型¨9。2¨研究，通过