旋翼/涵道风扇共轴式无人直升机操稳特性研究

考虑旋翼下洗气流影响及涵道环括作用,将Pitt/Peter动态入流模型推广到旋翼/涵道风扇升力系统建模中,结合风扇/涵道机身组合吹风试验数据,建立了实用的旋翼/涵道风扇共轴式无人直升机全量数学模型.以据非线性模型得到的小扰动模型为基础,深入研究了旋翼/涵道风扇共轴式无人直升机不同前飞速度下的飞行动力学特性,包括稳定特性、操纵响应特性及耦合特性,并与常规布局直升机进行了对比.分析结果表明,旋翼/涵道风扇共轴式在横航向运动模态的稳定特性及操纵响应的耦合特性上具有明显区别于常规布局直升机的飞行动力学特性.所得结论与该型直升机实际飞行特性一致.     

共轴双旋翼悬停地面效应分析

共轴双旋翼直升机在近地悬停时存在复杂的旋翼/旋翼/地面干扰效应.为分析近地悬停时共轴双旋翼流场及拉力变化,发展一种共轴双旋翼悬停地面效应计算方法.首先,分别采用升力面法和面元法模拟桨叶和地面对流场的作用,使用三阶精度时间步进格式进行桨叶尾迹计算,并在尾迹迭代过程中引入"等体积"法修正尾迹.然后,运用模型得到共轴双旋翼无地效的诱导速度分布和单旋翼地面效应下的拉力增益并与试验结果对比,验证方法的合理性.最后,基于算例,分析了共轴双旋翼在地面效应悬停状态下的特性,包括尾迹及流场特点、诱导速度与拉力分布、旋翼间干扰和拉力增益.结果表明:悬停地面效应下共轴双旋翼的尾迹发生卷起并径向扩展,其桨盘平面的诱导速度由上旋翼、下旋翼和地面共同引起;分析也表明了悬停地面效应下共轴双旋翼桨盘平面诱导速度及桨叶拉力分布更均匀,在相同功率下,共轴双旋翼的地面效应拉力增益大于同实度单旋翼的拉力增益.     

不同旋翼间距的微型无人机旋翼气动性分析

为研究悬停状态下不同旋翼间距对微型四旋翼无人机旋翼气动性的动态影响,进行数值模拟。运用滑移网格法计算并分析相同转速、不同旋翼间距下的四旋翼升力和扭矩的变化规律,以及旋翼流场和压强分布规律,结果表明：微型四旋翼无人机旋翼间存在气动干扰,合理的旋翼间距有助于提升四旋翼整体气动性能。通过试验和仿真对比发现旋翼间距2.8D(D=76.2 mm)是最佳的微型四旋翼无人机旋翼间距方案。     

旋翼模型垂直下降状态气动特性风洞试验

直升机垂直下降状态中包含极为危险的涡环状态.为提高对涡环状态的认识以及掌握其气动载荷、流场变化,并为相应数值模拟及飞行仿真提供试验数据,采用直升机垂直升降试验台以及大视场PIV试验测量系统在Φ5 m立式风洞对Bo-105旋翼模型进行了垂直下降状态的气动载荷以及流场测量.在桨尖马赫数相似的情况下,得到了该旋翼模型在不同总距、不同下降速度情况下的平均拉力和功率变化,以及较大范围的详细流场图像,分析了旋翼模型气动载荷变化现象,并进一步揭示了旋翼模型垂直下降状态下流场的演化发展过程.试验研究表明:旋翼模型垂直下降速度达到8 m/s后,拉力和功率急剧下降,且其各自均方根误差值显著增大;旋翼模型总距越小,对应的旋翼拉力值随垂直下降速度增大而迅速减小,越易进入"涡环状态";桨尖涡结构不稳定的主要内因是形成了"涡对"结构,相邻桨尖涡之间的距离越近,桨尖涡越不稳定;桨尖涡聚集形成"涡环"以及涡环结构的动态演化是旋翼性能突变的关键因素.     

涵道风扇气动特性影响因素数值计算研究

以某涵道风扇系统模型为研究对象,基于滑移动网格技术,建立了非定常气动力计算方法,并用风洞试验对其进行了验证分析。并在此基础上计算分析了影响涵道风扇系统气动特性的黏性效应、桨-涵道间隙以及桨盘位置等因素。结果表明,黏性效应代表了桨尖和涵道之间附面层干扰的大小,考虑黏性效应能够提高气动力计算的准确性;桨-涵道间隙决定了螺旋桨影响涵道的效果,间隙越小,影响越大,在涵道产生的附加拉力越大;桨盘位置则决定了进入螺旋桨的流场品质和桨-涵道间隙,合理的位置应保证涵道截面对气流的整流效果最佳且间隙符合设计要求。     

旋翼前飞气动噪声高效数值算法研究

采用“双时间法”数值求解旋翼前飞非定常欧拉方程，并在此基础上，运用改进的Kirchhoff方法，将近场流动解作为声源信号，积分求得旋翼前飞时产生的远场气动噪声(高速脉冲噪声)，从而发展了一套“流场→声场”的高效算法。为了保证网格生成效率，采用无限插值理论生成绕旋翼O-H型代数网格，并考虑了桨叶作变距运动的网格生成问题。解决了前飞噪声计算所遇到的计算机存储量过大、CPU时间过长的问题，并给出了定量计算结果，可作为研究旋翼声场机理及直升机降噪设计的基础。     

旋翼模型悬停状态桨尖涡特性

直升机旋翼桨尖涡特性研究是直升机旋翼气动特性研究的关键要素,为提高对旋翼悬停状态桨尖涡特性的认识以及准确掌握其流动机理,利用Bo-105旋翼模型在Φ5 m立式风洞开口试验段进行了桨尖马赫数相似情况下的悬停试验,并采用TR-PIV流场测量系统对旋翼悬停状态下不同总距时的流场进行了精细化测量,得到了该副旋翼32帧/圈的详细流场图像,并运用更为合理的涡核中心判定、涡核流动数据提取以及涡核模型拟合方法对试验结果进行了精细化处理与分析,进一步揭示了旋翼模型悬停状态下桨尖涡的演化发展过程.研究表明:高速PIV设备能准确捕捉旋翼悬停状态下的流场运动特征,有助于旋翼流场的精细化研究;采用涡量加权平均的方法来计算涡核中心位置可以消除涡核中心平移速度的影响,进而更加准确地定位涡核中心;采用环量分析的方法可以更加可靠地确定涡核尺寸和最大诱导速度,且分析结果显示随涡龄角的增加,涡核半径缓慢增大、涡核最大诱导速度缓慢减小;在桨尖涡发展演化过程中,不同发展阶段具有不同的涡核模型n参数.     

平面应变条件下土的非共轴变形特性

从理论上探讨了平面应变条件下土产生非共轴变形特性的原因;结合试验结果分析了土的起始各向异性和应力状态变化对土的非共轴变形特性的影响.结果表明,应力方向的变化(即主应力轴旋转)是引起非共轴性的主要原因. 更多还原     

非对称布局形式的涵道尾桨气动特性

针对现行涵道尾桨无法提供升力的缺点,提出一种非对称布局形式的涵道尾桨结构。通过理论分析和数值模拟的方法,对该涵道尾桨的拓扑结构进行气动性能研究,得出涵道尾桨升力、拉力和扭矩分别与飞行速度和开口角有关的结论。对称结构和非对称结构的涵道尾桨气动特性对比结果表明:该非对称布局的涵道尾桨不仅可以产生较大的轴向拉力,对飞行器姿态进行操纵,而且还产生一定的径向力,为飞行器提供额外的升力。总之,该非对称布局的涵道尾桨具有一定的可行性和应用价值。     

非共轴光学系统结构的研究

本文研究了非共轴光学系统的物空间轴和象空间轴的共轭关系和能使光学未统结构简化的球棱镜元件，并介绍了由球棱镜组成的三种非共轴光学系统的结构及特点。     

Numerical Study on Aerodynamic Characteristics of Ducted Fan Aircraft

Based on investigations into the flow field of ducted fan aircrafts,structural parameters of duct are quantified.A three-dimensional model is established for numerical simulation,and adaptive Cartesian grid is used to mesh the model in order to improve calculation speed and solution accuracy.Three-dimensional Navier-Stokes equations are brought in to analyze different duct styles.Generalization of simulation results leads to several conclusions in duct aerodynamics to help design ducted fan aircrafts.     

Influence of Wall Effect on Comprehensive Controllability for Ducted Fan Aircraft

A novel coaxial ducted fan structure aircraft is proposed to enable the aircraft near vertical walls at high altitudes. The state space equation of the system can be obtained by correlation deduction and identification of the whole prototype model. Based on the duct test bench experiment and computational fluid dynamics (CFD) simulation analysis, the expressions between the different distances $d_{\rm{WE}} $ from the rotor center of the prototype to the wall and the thrust, reaction torque, and tilting moment of the system under hovering conditions are obtained. The influence of the wall effect of the prototype is incorporated into the system model to analyze the relationship between distance $d_{\rm{WE}} $ and the comprehensive controllability of the system. The results show that the system comprehensive controllability vector of other channels changes little with the decrease of the distance $d_{\rm{WE}} $, and only the controllability vector of the rolling channel increases significantly. At the same time, the tilting moment also increases significantly, which strengthens the tendency of the prototype to tilt towards the wall.     

半转叶片推进器叶片结构设计与模态分析

针对新型流体推进器,提出叶片结构的设计准则,分析叶片结构参数确定的方法。基于ANSYS环境,建立两种叶片（直翼和S型）的有限元模型,分析比较两种结构叶片在质量、迎流面积相同条件下的自由模态。计算结果揭示了直翼和S翼叶片的模态分布规律,为优化叶片结构和进一步分析叶片动力响应奠定了基础。     

低噪声对转螺旋桨的翼型—螺旋桨一体化设计方法

根据先进翼型设计方法和对转螺旋桨设计方法，研究发展了一种低噪声对转螺旋桨设计方法。该方法通过翼型设计和对转桨设计的交替应用和研究设计具有较好空化特性的先进翼型，使对转螺旋桨在具有较高效率的同时，桨叶各剖面的空化数与抗空化翼型的空化特性要求相符合，以避免或减弱叶片表面空化的发生，从而降低了桨叶的噪声。根据这一方法对某对转螺旋桨进行了设计。     

交叉共轴基台天线辐射特性的分析与计算

应用矢量位方程,建立串馈式交叉共轴基台天线的分布电压源与矢量位的关系,通过矩量法分析,计算了天线的电流分布及远场方向图、增益等.理论计算与实测结果相比吻合较好.     

船舶螺旋桨叶片环量的数值优化

螺旋桨叶片环量分布的优化问题是船舶螺旋桨理论设计中的重要课题，以往的求螺旋桨叶片最佳环量分布的方法多基于Betz条件，因而只对均匀来流的情况是正确的。利用螺旋的升力线模型和变分法原理对螺旋桨叶片环量分布进行了数值优化。优化可分别在给定推力负荷系数和给定功率负荷系数的情况下进行。数值优化计算中计入了粘性影响和来流的径向非均匀性，并以采用镜像涡的方式考虑了桨毂的影响。在文中计算的各种情况下都得到了合理的优化结果。     

同轴结构微波灭菌装置电磁特性模拟

根据细胞电穿孔机理,当外加电场达106 V/m,细胞膜将被击穿,内部物质外泄导致细胞灭亡。以微波生物效应、电磁场集中理论为指导,采用CST软件模拟分析2450 MHz,λ/4同轴腔形式的微波灭菌装置,得出电磁场结构分布图。结果表明,当输入功率达到102 W量级时,灭菌区域满足细胞瞬态击穿的场强要求,能够实现空气的快速灭菌。     

套管式地下换热器传热特性分析

通过对套管式地下换热器传热过程的分析,在套管式地下换热器传热模型基础上,考虑管内流动和传热,提出了集管内流动与土壤导热相耦合的传热分析模型,并利用数值计算方法进行了传热特性分析.讨论了不同埋管管径组合对流体出口温度及埋管换热率的影响.     

风机气垫防磨叶片表面压力实验研究

介绍了风机气垫防磨叶片表面压力的实验研究结果,给出了实验方法和实验结果,并对该结果者了详细分析。通过实验研究了主流速度为10m/s时,不同开孔方向、不同射流速率对空心叶片表面压力的影响。实验结果表明,叶片表面吹入合适的射流后,表面压力比无射流时高。     

射频同轴电缆电压驻波比影响因素的分析

对影响射频同轴电缆电压驻波比的主要因素进行了分析,结合实际生产条件,探讨了降低电压驻波比的途径。