直升机在复杂舰面流场中的悬停研究

来源:用户上传      作者:

　　摘要：针对舰面流场非线性、非均匀的特性，把旋翼桨盘离散成空间有限单元。将当地流场风速叠加到叶素剖面相对气流中，改进了叶素气动力计算模型，提高了旋翼栽荷的计算精度；采用CFD方法计算了某型母舰甲板上方的气流场，其下冲气流是影响直升机安全的主要因素；计算了UH-60A直升机在该舰甲板4个直升机起降位上方流场中的悬停配平，通过与陆基环境计算结果的对比，分析了舰面流场环境对直升机舰面悬停性能的影响；同时，计算了直升机在舰面流场中的响应，通过对MIL流场模型响应的对比验证了本文计算模型。
　　关键词：直升机；舰面流场；舰面悬停；飞行动力学
　　中图分类号：V212.4 文献标志码：A 文章编号：1005-2615（2015）02-0205-07
　　流场环境是影响直升机飞行安全的重要因素，特别是在舰船流场等复杂环境中飞行时，由于流场的非线性、不均匀性等特点，会影响直升机各部件的气动载荷，增加直升机着舰的风险。直升机在下滑到舰面附近时，须观察母舰和甲板情况，待机着舰。在相对舰面悬停的过程中，保持直升机在舰面流场环境下的平衡尤为重要。因此，研究直升机在舰面流场中的悬停能力和特性，是直升机舰面飞行仿真、机一舰适配性研究的基础。
　　建立一个适用于复杂舰面流场环境的直升机飞行动力学模型，保证直升机飞行状态量和操纵量的计算精度，是开展直升机飞行力学研究的基础。国内外学者对流场中的直升机飞行动力学建模做了大量工作。国外最早采用的是一种机体紊流计算模型，该模型是将流场风速通过矢量分解的方法叠加到机体运动速度上，通过改变各部件的气动力体现流场对直升机的影响，这种处理方式简单有效，但是由于旋翼桨盘直径远大于流场尺度，对旋翼载荷的计算不够准确，影响了模型的精度。Mc-Farland等人研究了一种旋翼叶素紊流模型，该模型采用空间离散的思想划分旋翼桨盘，将流场速度叠加到每一处叶素剖面的相对气流上，提高了旋翼载荷计算精度。但是由于该模型仅是一个旋翼模型，并未考虑与机体模型的耦合，其计算结果与实际飞测值略有偏差。Gaonkar等人采用了一种桨叶紊流模型，通过在桨叶上取一些离散点，由离散点之间的相关性计算紊流速度并将其叠加到桨叶相对来流上，其缺陷是计算量较大，用于时域的飞行仿真计算较为困难。
　　国内方面，陈仁良建立了一种适用于大机动飞行的直升机动力学模型，对旋翼桨盘进行了空间划分，但对于流场的处理，在本质上仍是一种机体紊流模型。章晓冬提出了一种将舰面流场垂向气流简化成傅里叶级数的形式叠加到旋翼入流的方法，该方法重点考虑了垂向气流对旋翼的影响，处理简单有效，但只能针对特定的流场环境，且在计算之前需要将流场处理成傅里叶级数形式，增加了工作量。
　　本文在旋翼桨盘空间离散的基础上，采用叶素紊流模型，考虑了流场因素对叶素气动力的影响，提高了旋翼载荷的计算精度，同时，考虑了旋翼/机体耦合的影响，建立了一种适用于复杂流场的直升机动力学模型。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/4/view-8441960.htm