直升機旋翼螺旋尾跡的物理穩(wěn)定性和數(shù)值計算方法研究

目錄
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 國內(nèi)外研究概況 3
1.2.1 旋翼自由尾跡數(shù)值方法的研究綜述 3
1.2.2 旋翼尾跡系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究綜述 5
1.2.3 ABC旋翼復(fù)合推力式直升機氣動干擾特性的研究綜述 7
1.3 本書的主要結(jié)構(gòu)和研究內(nèi)容 9
第2章 基于傅里葉方法的旋翼尾跡穩(wěn)定性分析 11
2.1 概述 11
2.2 旋翼尾跡穩(wěn)定性分析方法 12
2.2.1 任意擾動量的傅里葉諧波 12
2.2.2 線化擾動方程 14
2.2.3 誘導(dǎo)速度擾動項 15
2.2.4 特征值分析 17
2.2.5 尾跡畸變修正 19
2.3 懸停狀態(tài)旋翼尾跡穩(wěn)定性分析 21
2.3.1 尾跡根數(shù)（槳葉片數(shù)）對尾跡穩(wěn)定性的影響 21
2.3.2 渦核分布對尾跡穩(wěn)定性的影響 24
2.3.3 畸變對尾跡穩(wěn)定性的影響 25
2.3.4 懸停尾跡的非周期性分析 27
2.4 前飛狀態(tài)旋翼尾跡穩(wěn)定性分析 28
2.4.1 尾跡向后飄移的影響 28
2.4.2 渦核大小的影響 30
2.4.3 前飛速度的影響 32
2.5 本章小結(jié) 34
第3章 軸向飛行狀態(tài)下歐拉形式旋翼尾跡動力學(xué)系統(tǒng)的建立及其穩(wěn)定性分析方法的提出 36
3.1 概述 36
3.2 軸向飛行狀態(tài)下歐拉形式旋翼尾跡動力學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建 38
3.2.1 渦核模型 38
3.2.2 拉格朗日形式的旋翼尾跡系統(tǒng)及其解的傳導(dǎo)方向 40
3.2.3 等價歐拉形式旋翼尾跡系統(tǒng)的建立 41
3.2.4 轉(zhuǎn)換至旋轉(zhuǎn)柱坐標(biāo)系下的歐拉形式旋翼尾跡系統(tǒng) 45
3.3 用于歐拉形式旋翼尾跡動力學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的方法發(fā)展 46
3.3.1 非線性動力學(xué)系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性定理 46
3.3.2 歐拉形式旋翼尾跡系統(tǒng)的平衡解 47
3.3.3 變分形式的運動方程及主雅可比矩陣A 49
3.3.4 構(gòu)建子雅可比矩陣J 50
3.3.5 構(gòu)建子雅可比矩陣K 54
3.3.6 軸向飛行狀態(tài)下的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換 56
3.4 旋翼尾跡離散密度對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響 57
3.4.1 離散密度對旋翼尾跡系統(tǒng)平衡解動力學(xué)特性的“奇異”影響 57
3.4.2 旋翼尾跡系統(tǒng)的光滑度修正 60
3.5 懸停狀態(tài)單根旋翼尾跡的系統(tǒng)平衡解穩(wěn)定性研究 64
3.5.1 初始渦核半徑對平衡解穩(wěn)定性的影響 64
3.5.2 旋翼尾跡渦強對平衡解穩(wěn)定性的影響 67
3.5.3 旋翼轉(zhuǎn)速對平衡解穩(wěn)定性的影響 67
3.5.4 旋翼尾跡圈數(shù)對平衡解穩(wěn)定性的影響 69
3.5.5 旋翼尾跡平衡解的不穩(wěn)定區(qū)域分析及方法驗證 71
3.6 本章小結(jié) 72
第4章 旋翼尾跡求解時間步進法的精度和穩(wěn)定性研究以及穩(wěn)定高階半離散格式的提出 74
4.1 概述 74
4.2 旋翼尾跡系統(tǒng)的數(shù)值離散形式分析 76
4.2.1 拉格朗日離散形式 76
4.2.2 網(wǎng)格中心離散形式 77
4.2.3 半離散形式 79
4.3 旋翼尾跡系統(tǒng)求解方法的數(shù)值精度研究 81
4.3.1 不同積分方向上解的光滑度差異 81
4.3.2 不同數(shù)值格式的誤差常數(shù) 85
4.3.3 提高非拉格朗日類格式計算精度的方法研究 86
4.4 旋翼尾跡系統(tǒng)求解方法的非線性數(shù)值穩(wěn)定性研究 92
4.4.1 旋翼尾跡數(shù)值格式應(yīng)具備的幾種穩(wěn)定性 92
4.4.2 旋翼尾跡半離散格式非線性數(shù)值穩(wěn)定性的分析方法及計算驗證 93
4.4.3 顯式半離散方法的非線性數(shù)值穩(wěn)定性分析 101
4.5 預(yù)測-校正算法對旋翼尾跡系統(tǒng)隱式方法穩(wěn)定域的影響研究 104
4.5.1 預(yù)測-校正算法對隱式格式穩(wěn)定域的影響 105
4.5.2 旋翼尾跡系統(tǒng)非拉格朗日類預(yù)測-校正算法的“部分真隱式”特性 108
4.6 用于旋翼尾跡求解的穩(wěn)定高階隱式半離散格式的建立 114
4.6.1 旋翼尾跡半離散系統(tǒng)中壽命角高階BDF格式的不穩(wěn)定特性分析 114
4.6.2 3階穩(wěn)定隱式半離散格式的建立 123
4.6.3 4階穩(wěn)定隱式半離散格式的建立 127
4.6.4 旋翼尾跡預(yù)測-校正求解算法的建立 131
4.7 本章小結(jié) 133
第5章 基于旋翼自由尾跡方法的非定常氣動載荷及瞬態(tài)氣動響應(yīng)計算 135
5.1 概述 135
5.2 旋翼自由尾跡計算方法 136
5.2.1 槳葉非定常氣動模型 136
5.2.2 槳葉揮舞動力學(xué)模型 138
5.2.3 旋翼配平分析模型 138
5.2.4 旋翼自由尾跡計算方法及流程圖 139
5.2.5 自由尾跡計算方法的驗證 140
5.3 旋翼瞬態(tài)氣動響應(yīng)和非定常氣動載荷的計算 141
5.3.1 旋翼瞬態(tài)氣動響應(yīng)計算分析 141
5.3.2 旋翼非定常載荷計算分析 145
5.4 本章小結(jié) 147
第6章 基于自由尾跡方法的ABC旋翼復(fù)合推力式直升機氣動特性研究 148
6.1 概述 148
6.2 計算模型 150
6.3 ABC旋翼復(fù)合推力式直升機配平分析模型 152
6.4 主旋翼尾跡結(jié)構(gòu)的分析 157
6.5 上下主旋翼間的氣動干擾 159
6.5.1 氣動干擾對主旋翼載荷的影響 159
6.5.2 主旋翼垂向間距的氣動干擾影響 166
6.5.3 主旋翼操縱量對其氣動特性的影響 174
6.6 主旋翼尾跡對推進旋翼的氣動干擾 191
6.6.1 推進旋翼的載荷振動 191
6.6.2 推進旋翼的安裝位置對其氣動特性的影響 195
6.7 主旋翼尾跡對平尾的氣動干擾 203
6.8 ABC旋翼復(fù)合推力式直升機的性能分析 205
6.9 本章小結(jié) 206
第7章 總結(jié) 208
7.1 本書研究工作的總結(jié) 208
7.2 本書的創(chuàng)新工作 210
參考文獻 212