共轴双旋翼前飞气动特性研究

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该文的工作有以下几方面内容:(1)建立了固定涡系在前飞状态下对空间一点诱导速度的计算模型;对于多旋翼系统的诱导速度求解,须首先推导单个旋翼涡系对空间一点的诱导速度计算公式.该文依据固定尾迹的涡流理论建立了前飞斜流下螺旋涡系对空间任一点轴向诱导速度和径向诱导的计算模型.固定涡系由中心涡束、附着涡系、自由涡系三部分组成.模型将随方位角变化的轴向诱导速度、径向诱导速度以及环量均表示成富氏级数形式.(2)积分得到诱导速度的解析表达式;经过复杂的积分运算,得到含有三类完全椭圆积分的斜向螺旋涡系对空间一点的诱导速度解析表达式,第一次得到斜流下螺旋涡系对空间一点诱导速度的解析表达式.从而建立了空间一点诱导速度与桨盘气流合速度、前进比、涡柱倾角及涡系环量的函数关系.通过与滑流理论结果以及已发表的二维诱导速度求解公式的比较,验证了该文推导的计算公式的合理性.(3)诱导速度和环量的数值计算方法;随着涡沿展向的变化将有连续的自由涡脱出,该文将无限个连续的自由涡柱离散成有限个不同环量分布的自由涡柱,整个旋翼涡系由有限个同心斜向螺旋涡系组成.根据儒可夫斯基定理和叶素理论,确定了自由涡与附着涡各谐波系数间的函数关系,从而确定了一片桨叶的附着涡与脱出的自由涡的环量和位置的相互关系,得到一组关于各离散涡柱环量谐波系数的线性方程组;该线性方程组包含了旋翼挥舞系数、入流比、总距、周期变距、前进比等参数;线性方程组中各阶诱导速度的计算采用了该文推导的计算公式.通过给定初值,求解线性方程组以及迭代变量直到诱导速度、环量、挥舞系数一致收敛.最后得到在给定飞行状态、几何参数下单旋翼求解空间任一点诱导速度的完整解法.(4)共轴双旋翼气动特性计算方法;共轴双旋翼气动干扰模型可认为是两个不同空间位置的固定涡系对上下两个桨盘的诱导速度作用.上下旋翼的环量和诱导速度分布是相互耦合的.该文以上下旋翼的桨盘倾角、气流合速度等参数为迭代收敛依据,通过求解上下旋翼耦合的线性方程组得到上下旋翼的环量分布.由此得到共轴双旋翼诱导速度分布、环量分布及挥舞运动系数的数值解法.该文的共轴双旋翼计算模型考虑了上旋翼滑流在下旋翼桨盘处的收缩,对上旋翼在下旋翼处的诱导速度进行修正.该收缩半径通过求解上旋翼的径向和轴向诱导速度确定滑流边界.在求出上下旋翼的诱导速度分布后,根据叶素理论可求得上下旋翼的拉力、功率和挥舞系数等参数.通过与发表的试验数据比较,该文方法可适用于工程计算,可对共轴双旋翼上下旋翼的总体气动特性进行较好的估算.该文计算结果反映了共轴双旋翼的气动干扰特性;反映了由于气动干扰对上下旋翼总距、拉力、扭矩、挥舞系数等参数的影响.该文计算模型也反映了前进比、桨盘间距和桨叶片数对共轴双旋翼气动特性的影响.
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