无尾桨直升机航向控制系统的气动特性研究

摘要

无尾桨(NOTAR)是直升机航向控制技术的新发展,环量控制尾梁和喷气锥是无尾桨直升机航向控制系统的重要部件。论文通过对环量控制尾梁的工作原理进行了分析,基于CFD软件建立了二维的环量控制尾梁气动特性分析模型,研究了狭缝宽度、动量系数对环量控制产生气动力的影响；根据动量理论建立了喷气锥的气动特性分析模型,通过将两个分析模型进行综合,对无尾桨直升机航向控制系统的气动特性进行了数值仿真。设计、加工了一套参数可调的环量控制尾梁和喷气锥气动特性试验模型,采用高转速、大流量的轴流风扇向尾梁内部提供低压气流,首先在风洞外用探针测量尾梁内气流的总压与狭缝处气流的动压,然后在风洞中进行了环量控制尾梁和喷气锥的气动特性试验,研究了环量控制尾梁上狭缝的宽度、数量和喷气锥喷口面积等参数对航向控制系统气动特性的影响规律。试验结果表明:在尾梁上开双缝时航向控制系统的气动效率较高,环量控制尾梁上产生的扭矩小于喷气锥产生的扭矩。通过将计算结果和试验结果进行对比分析,验证了计算模型的正确性。

目录

文摘

英文文摘

图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 环量控制原理与无尾桨直升机的概念

1.2.1 环量控制原理

1.2.2 环量控制尾梁原理

1.2.3 无尾桨直升机的概念

1.3 环量控制研究

1.4 无尾桨直升机的发展历史

1.5 本文的主要工作

第二章 航向控制系统的气动特性分析

2.1 环量控制尾梁的气动特性分析

2.1.1 模型介绍

2.1.2 计算状态

2.1.3 环量控制尾梁气动特性计算结果

2.2 航向控制系统的气动特性计算

2.2.1 航向控制系统的计算模型

2.2.2 航向控制系统产生扭矩的计算

2.2.3 计算结果及其分析

第三章 试验模型设计

3.1 试验方案总体设计

3.1.1 尾梁内气流总压与狭缝处气流动压的测量方案

3.1.2 航向控制系统气动特性试验方案

3.2 风扇的选取

3.3 环量控制尾梁模型设计设计

3.4 喷气锥设计

3.5 风扇支架设计

第四章 无尾桨直升机航向控制系统的气动特性试验

4.1 试验原理

4.1.1 狭缝处气流速度与尾梁内总压的测量原理

4.1.2 扭矩测量原理

4.2 实验设备

4.2.1 风洞

4.2.2 航向控制系统模型

4.2.3 压力测量设备

4.2.4 扭矩测量设备

4.3 试验内容

4.3.1 实验要求

4.3.2 实验状态和步骤

4.4 数据处理

4.5 误差分析

4.5.1 导流片对试验结果的影响

4.5.2 风扇的影响

4.5.3 读数误差

4.6 实验结果分析

4.6.1 压力测量结果

4.6.2 h=1mm时气动特性试验结果

4.6.3 h=2mm时气动特性试验结果

4.6.4 h=3mm时气动特性试验结果

4.6.5 本章小结

第五章 试验结果和计算结果的对比分析

5.1 单缝时计算结果与试验结果的对比分析

5.2 双缝时计算结果与试验结果的对比分析

第六章 总结与展望

6.1 结论

6.2 进一步研究的方向及建议

参考文献

致谢

在校期间的研究成果及发表的学术论文