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基于遗传算法的旋翼翼型综合气动优化设计 被引量:18
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作者 王清 招启军 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1486-1495,共10页
结合直升机飞行特性及旋翼工作气动环境,提出了适用于中型运输直升机旋翼翼型优化设计的目标函数及约束条件.在此基础上采用遗传算法,以"黑鹰"(UH-60A)直升机旋翼翼型SC1095为基础翼型,进行多目标、多状态以及多约束条件下的... 结合直升机飞行特性及旋翼工作气动环境,提出了适用于中型运输直升机旋翼翼型优化设计的目标函数及约束条件.在此基础上采用遗传算法,以"黑鹰"(UH-60A)直升机旋翼翼型SC1095为基础翼型,进行多目标、多状态以及多约束条件下的旋翼翼型优化设计.优化翼型同SC1095翼型相比弯度稍大,最大厚度略有增加.结果表明:优化翼型气动力特性在满足约束条件的情况下,零升力矩系数减小了57.2%,最大升力系数增加了3.7%,阻力系数减小了7.5%.同时,非定常动态失速状态下的气动特性也有一定的改善,阻力系数和力矩系数的发散范围均有明显的减小.此外,悬停状态计算结果表明:采用优化翼型构成的旋翼与SC1095旋翼相比,具有更高的悬停效率及更低的力矩系数. 展开更多
关键词 直升机 旋翼 翼型 优化设计 遗传算法 N-S方程
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Aerodynamic shape optimization for alleviating dynamic stall characteristics of helicopter rotor airfoil 被引量:9
2
作者 Wang Qing Zhao Qijun Wu Qi 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第2期346-356,共11页
In order to alleviate the dynamic stall effects in helicopter rotor, the sequential quadratic programming (SQP) method is employed to optimize the characteristics of airfoil under dynamic stall conditions based on t... In order to alleviate the dynamic stall effects in helicopter rotor, the sequential quadratic programming (SQP) method is employed to optimize the characteristics of airfoil under dynamic stall conditions based on the SC1095 airfoil. The geometry of airfoil is parameterized by the class-shape-transformation (CST) method, and the C-topology body-fitted mesh is then automati- cally generated around the airfoil by solving the Poisson equations. Based on the grid generation technology, the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations are chosen as the governing equations for predicting airfoil flow field and the highly-efficient implicit scheme of lower-upper symmetric Gauss-Seidel (LU-SGS) is adopted for temporal discretization. To capture the dynamic stall phenomenon of the rotor more accurately, the Spalart-Allmaras turbulence model is employed to close the RANS equations. The optimized airfoil with a larger leading edge radius and camber is obtained. The leading edge vortex and trailing edge separation of the opti- mized airfoil under unsteady conditions are obviously weakened, and the dynamic stall character- istics of optimized airfoil at different Mach numbers, reduced frequencies and angles of attack are also obviously improved compared with the baseline SC1095 airfoil. It is demonstrated that the optimized method is effective and the optimized airfoil is suitable as the helicopter rotor airfoil. 展开更多
关键词 airfoil Computational fluiddynamics Dynamic stall helicopter OPTIMIZATION rotor
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翼型非定常来流下复合运动动态失速仿真 被引量:10
3
作者 谢凯 Laith K.Abbas +2 位作者 陈东阳 杨富锋 芮筱亭 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期865-871,共7页
针对直升机前飞时的动态失速问题,本文采用转捩修正的SST k-ω湍流模型和嵌套网格技术对雷诺数Re为3. 92×10~6时的直升机二维翼型SC1095进行数值仿真。以非定常来流条件下的纯俯仰运动为基础,对比分析了在耦合挥舞、摆振运动时,相... 针对直升机前飞时的动态失速问题,本文采用转捩修正的SST k-ω湍流模型和嵌套网格技术对雷诺数Re为3. 92×10~6时的直升机二维翼型SC1095进行数值仿真。以非定常来流条件下的纯俯仰运动为基础,对比分析了在耦合挥舞、摆振运动时,相位差、振幅对动态失速的影响;比较挥舞、摆振二者运动对于动态失速角的作用大小。结果表明:固定振幅条件下,挥舞和摆振运动相位差的增加会使动态失速角提前,升力系数峰值提高;固定相位角条件下,挥舞和摆振运动振幅的增加会使动态失速角延迟,升力系数峰值减小。挥舞运动对于非定常来流下俯仰运动翼型动态失速角的影响要大于摆振运动。本文计算方法和研究结果为翼型多自由度耦合运动下的动态失速行为预测提供参考。 展开更多
关键词 直升机旋翼翼型 动态失速 计算流体力学 嵌套网格 俯仰运动 挥舞运动 摆振运动
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翼型对旋翼悬停气动性能影响的CFD模拟分析 被引量:8
4
作者 王博 徐国华 招启军 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期478-484,共7页
建立了一个基于高精度离散格式的旋翼悬停气动性能的N-S方程求解方法,用来精确分析翼型对旋翼气动特性的影响。为考虑细节流动对旋翼气动特性的影响,采用N-S方程描述桨叶附近的粘性流场,选用了S-A湍流模型。通量计算采用Roe-MUSCL格式... 建立了一个基于高精度离散格式的旋翼悬停气动性能的N-S方程求解方法,用来精确分析翼型对旋翼气动特性的影响。为考虑细节流动对旋翼气动特性的影响,采用N-S方程描述桨叶附近的粘性流场,选用了S-A湍流模型。通量计算采用Roe-MUSCL格式的高精度算法。采用该方法首先模拟了C-T旋翼和BO-105旋翼,验证了该方法的有效性。然后,给出了一个参考旋翼,改变其旋翼翼型配置,数值模拟研究了旋翼翼型不同厚度、弯度及其变化位置、组合情况等对旋翼悬停气动特性的影响。通过对比旋翼悬停效率、桨叶升力与扭矩变化等多种计算结果,表明翼型对旋翼悬停气动性能有重要影响,并得出了一些提高旋翼气动性能的桨叶翼型设计方法。 展开更多
关键词 直升机 旋翼 翼型 气动性能 计算流体力学 嵌套网
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直升机旋翼翼型需求分析及技术发展展望 被引量:4
5
作者 曾伟 袁明川 +1 位作者 樊枫 林永峰 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2021年第6期61-69,I0001,共10页
与机翼翼型相比,旋翼翼型在前飞时来流速度和迎角处于大范围变化之中,需要针对多种气动环境进行综合权衡设计。针对常规直升机和新构型高速直升机,综合考虑多种飞行条件,分析了旋翼翼型设计的性能需求。总结了先进旋翼翼型系列的发展及... 与机翼翼型相比,旋翼翼型在前飞时来流速度和迎角处于大范围变化之中,需要针对多种气动环境进行综合权衡设计。针对常规直升机和新构型高速直升机,综合考虑多种飞行条件,分析了旋翼翼型设计的性能需求。总结了先进旋翼翼型系列的发展及应用情况,以OA和TsAGI翼型为例分析了旋翼翼型的气动性能特点和发展趋势。从旋翼翼型指标分解、动态气动特性计算与试验、气动优化设计等方面介绍了旋翼翼型技术的发展现状,并对未来旋翼翼型技术的发展进行了展望。 展开更多
关键词 直升机 旋翼 翼型 高速 动态
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直升机动态失速研究 被引量:4
6
作者 陈文轩 《直升机技术》 2008年第3期4-18,共15页
本文简要介绍了旋翼和翼型的动态失速特性、动态失速主动和被动控制、旋翼综合法预测使用的一些动态失速模拟方法。UH-60A直升机飞行试验11029飞行是一个典型的旋翼动态失速实例,表演出旋翼后行桨叶上出现高攻角引起的动态失速,而前行... 本文简要介绍了旋翼和翼型的动态失速特性、动态失速主动和被动控制、旋翼综合法预测使用的一些动态失速模拟方法。UH-60A直升机飞行试验11029飞行是一个典型的旋翼动态失速实例,表演出旋翼后行桨叶上出现高攻角引起的动态失速,而前行桨叶上则出现因为激波诱导前缘分离引起的动态失速。翼型的动态失速特性方面介绍了典型的动态失速迟滞回线(攻角正弦变化和锯齿变化)、缩减频率和雷诺数对翼型动态失速特性的影响等。动态失速主动控制介绍可动前缘翼型的情况,被动控制则是使用前缘涡发生器的情况。 展开更多
关键词 动态失速 直升机 旋翼 翼型
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基于计算电磁学方法的旋翼雷达散射截面特性
7
作者 蒋相闻 招启军 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期1911-1921,共11页
以Maxwell方程组为主控方程,时间离散采用4步Runge-Kutta法,空间离散使用MUSCL(monotonic upstream-centered scheme for conversation laws)格式与Steger-Warming通量分裂结合的方法,建立了一套基于时域有限体积法的旋翼RCS(雷达散射截... 以Maxwell方程组为主控方程,时间离散采用4步Runge-Kutta法,空间离散使用MUSCL(monotonic upstream-centered scheme for conversation laws)格式与Steger-Warming通量分裂结合的方法,建立了一套基于时域有限体积法的旋翼RCS(雷达散射截面)特性数值计算方法.采用代数方法生成围绕旋翼的O型贴体、正交网格.在验证方法有效性基础上,着重分析了旋翼平面和翼型RCS极化、入射角、电尺寸等影响特性,并给出了翼型几何特点对RCS的影响规律;然后运用线性加权和法进行了旋翼翼型隐身性能的综合筛选.研究表明:旋翼RCS动态包络线是一个强散射水平的连续振荡区域;选取3片桨叶旋翼的最大雷达探测距离为2片桨叶的82.2%,且有利于控制旋翼的散射最大峰值.同时,HH02旋翼翼型在4个重要的散射角域,最大探测距离分别为NACA0012翼型的105.1%,99.4%,86.6%和83.5%,表明综合雷达隐身性能最好. 展开更多
关键词 武装直升机 旋翼 雷达散射截面 计算电磁学 翼型
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Aerodynamic design optimization of helicopter rotor blades including airfoil shape for hover performance 被引量:9
8
作者 Ngoc Anh Vu Jae Woo Lee Jung Il Shu 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第1期1-8,共8页
This study proposes a process to obtain an optimal helicopter rotor blade shape for aerodynamic performance in hover flight. A new geometry representation algorithm which uses the class function/shape function transfo... This study proposes a process to obtain an optimal helicopter rotor blade shape for aerodynamic performance in hover flight. A new geometry representation algorithm which uses the class function/shape function transformation (CST) is employed to generate airfoil coordinates. With this approach, airfoil shape is considered in terms of design variables. The optimization process is constructed by integrating several programs developed by author. The design variables include twist, taper ratio, point of taper initiation, blade root chord, and coefficients of the airfoil distribution function. Aerodynamic constraints consist of limits on power available in hover and forward flight. The trim condition must be attainable. This paper considers rotor blade configuration for the hover flight condition only, so that the required power in hover is chosen as the objective function of the optimization problem. Sensitivity analysis of each design variable shows that airfoil shape has an important role in rotor performance. The optimum rotor blade reduces the required hover power by 7.4% and increases the figure of merit by 6.5%, which is a good improvement for rotor blade design. 展开更多
关键词 airfoil Design optimization helicopter design Hover performance Planforms rotor blades design
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Numerical Study on Low-Reynolds Compressible Flows around Mars Helicopter Rotor Blade Airfoil
9
作者 Takuma Yamaguchi Masayuki Anyoji 《Journal of Flow Control, Measurement & Visualization》 CAS 2023年第2期30-48,共19页
High-speed rotor rotation under the low-density condition creates a special low-Reynolds compressible flow around the rotor blade airfoil where the compressibility effect on the laminar separated shear layer occurs. H... High-speed rotor rotation under the low-density condition creates a special low-Reynolds compressible flow around the rotor blade airfoil where the compressibility effect on the laminar separated shear layer occurs. However, the compressibility effect and shock wave generation associated with the increase in the Mach number (M) and the trend change due to their interference have not been clarified. The purpose is to clear the compressibility effect and its impact of shock wave generation on the flow field and aerodynamics. Therefore, we perform a two-dimensional unsteady calculation by Computational fluid dynamics (CFD) analysis using the CLF5605 airfoil used in the Mars helicopter Ingenuity, which succeeded in its first flight on Mars. The calculation conditions are set to the Reynolds number (Re) at 75% rotor span in hovering (Re = 15,400), and the Mach number was varied from incompressible (M = 0.2) to transonic (M = 1.2). The compressible fluid dynamics solver FaSTAR developed by the Japan aerospace exploration agency (JAXA) is used, and calculations are performed under multiple conditions in which the Mach number and angle of attack (α) are swept. The results show that a flow field is similar to that in the Earth’s atmosphere above M = 1.0, such as bow shock at the leading edge, whereas multiple λ-type shock waves are observed over the separated shear layer above α = 3° at M = 0.80. However, no significant difference is found in the C<sub>p</sub> distribution around the airfoil between M = 0.6 and M = 0.8. From the results, it is found that multiple λ-type shock waves have no significant effect on the airfoil surface pressure distribution, the separated shear layer effect is dominant in the surface pressure change and aerodynamic characteristics. 展开更多
关键词 CFD CLF5605 rotor Blade airfoil Compressibility Effect Low-Reynolds Number Mars helicopter Separation Bubble Shock Wave
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直升机尾桨叶翼型段疲劳试验技术研究 被引量:1
10
作者 宋云 李炳伯 孙云伟 《装备环境工程》 CAS 2023年第5期51-56,共6页
目的 提升尾桨叶翼型段疲劳试验安装和调试速率,加快考核出尾桨叶翼型段疲劳性能和疲劳寿命。方法 通过标定出尾桨叶翼型段挥舞与摆振标定系数和预扭角,分析出一种通过理论计算出安装攻角的方法,利用理论计算出的攻角指导实际安装攻角,... 目的 提升尾桨叶翼型段疲劳试验安装和调试速率,加快考核出尾桨叶翼型段疲劳性能和疲劳寿命。方法 通过标定出尾桨叶翼型段挥舞与摆振标定系数和预扭角,分析出一种通过理论计算出安装攻角的方法,利用理论计算出的攻角指导实际安装攻角,调整攻角值到实际加载满足试验要求的载荷值,在尾桨叶翼型段安装和调试完成后进行了疲劳试验。结果 4件尾桨叶翼型段理论计算攻角值与实际安装攻角进行对比,安装攻角理论值与实际值偏差范围在1.5°以内,并且4件尾桨叶翼型段疲劳试验载荷分布误差小于4%,疲劳性能满足6000飞行小时的疲劳寿命要求。结论 尾桨叶翼型疲劳试验中,理论计算攻角值具有加快估算安装攻角的意义,提升疲劳试验效率,试验调试载荷分布基本一致。经过尾桨叶翼型段疲劳试验验证后,试验件疲劳性能良好且稳定,为后续科研试验转入鉴定试验提供了基础。 展开更多
关键词 直升机 尾桨叶翼型段 疲劳试验 安装 调试 攻角
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基于X2TD高速直升机的前行桨叶概念旋翼翼型指标设计方法 被引量:2
11
作者 张威 胡偶 +1 位作者 王菲 招启军 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2022年第6期73-82,共10页
为准确模拟高速旋翼机桨叶剖面气动特性,发展了基于CFD/CAMRADⅡ耦合算法的直升机旋翼翼型工作环境分析方法,并对方法进行了验证。在此基础上针对直升机旋翼桨叶变迎角、变马赫数的工作特点,构建了基于“α-Ma平面升阻比等高线”的全方... 为准确模拟高速旋翼机桨叶剖面气动特性,发展了基于CFD/CAMRADⅡ耦合算法的直升机旋翼翼型工作环境分析方法,并对方法进行了验证。在此基础上针对直升机旋翼桨叶变迎角、变马赫数的工作特点,构建了基于“α-Ma平面升阻比等高线”的全方位/全剖面旋翼翼型指标设计方法。从研究前行桨叶概念旋翼大反流、强径向流、强压缩性流场特点和升力偏置、变转速工作方式入手,针对X2TD直升机高速飞行状态下上/下旋翼、前/后行侧桨叶翼型剖面的气动特征,有针对性地提出旋翼翼型选择标准或设计、改进方向,并与国外设计结果进行了对比分析,得到了一些有意义的结论。所建立的翼型指标设计方法和计算分析结果可为高速直升机旋翼气动设计的深入研究提供参考。 展开更多
关键词 X2TD直升机 前行桨叶概念旋翼 旋翼翼型 翼型升阻比等高线 翼型气动指标
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