《彈性旋翼槳葉動態失速緊耦合計算的回響邊界理論研究》是依託上海交通大學，由王福新擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：彈性旋翼槳葉動態失速緊耦合計算的回響邊界理論研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王福新
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
旋翼動態失速下的氣彈回響分析一直是基於二維振盪翼型的半經驗模型或計入有限翼展效應的改進模型來進行的，但計算精準度尤其計算效率還不足以滿足設計要求。近年研究趨勢表明基於對貼近或真實槳葉的流場特性分析來構建動態失速模型十分必要。目前人們在兩個重點方向上努力：真實旋翼模型風洞試驗和CFD/CSD計算方法的研究，希望獲得更完整的動態失速機理從而得到有效的預測理論，但仍存在相當大的障礙。本申請基於前人研究成果及搭建必要的機理實驗，通過氣彈耦合機理研究，揭示槳葉的瞬時運動和變形與繞槳葉的流場間相互作用的規律，建立邊界回響理論。試圖給出全新的槳葉動態失速氣彈回響物理及數學模型，進而構建出不同於CFD/CSD等方法的緊耦合氣彈回響計算方法，且在效率、精度上應更具優勢，以推進旋翼系統動力學設計理論的發展，並為實際設計提供有效的理論工具。基於難度與時間限制,本申請重點研究二維理論和方法,並為三維打下基礎。
結題摘要
針對動態失速下旋翼氣彈耦合回響預測的瓶頸問題，立足於對動態失速下翼型振盪運動與流場間的耦合機理的深入研究，以構建更為準確高效的緊耦合計算方法為重點，開展了大量的理論、數值分析和實驗研究，取得了以下預期成果： 1、 綜合對多種理論和方法的分析比較，通過數值模擬和實驗對動態失速下翼型運動與流場如前緣渦和再附著過程等對氣動力特性影響的機理性研究，建立了更為準確且適合緊耦合分析的動態失速氣動力模型。計入翼尖下洗影響後建立了初步的三維氣動力模型，同時開發了可精確捕獲渦系的三維旋翼流場高精度計算方法。為構建高效準確的氣彈緊耦合回響計算方法給予了有效的支撐，也為相關非定常空氣動力學計算提供了更為準確的模型和方法。 2、 攻克若干關鍵技術，研製了翼型俯仰振蕩氣彈實驗裝置和俯仰／浮沉氣彈耦合振盪全新實驗系統。因其更貼合於柔性槳葉在周期變距操縱下揮舞扭轉彈性回響與氣動力也即流場的非定常、非線性複雜耦合本質，因而所建立的實驗系統有助於獲得更符合實際的耦合機理和物理模型，為開展旋翼動態失速氣彈耦合回響實驗研究提供了一種新思路和新方法。同時研製了用於初步研究三維動態失速的簡易俯仰振盪實驗裝置。 3、 利用綜合改進的氣動力模型並結合全新推導的動力學模型構建了更為準確高效的緊耦合二維氣彈耦合動力學計算方法，開展了大量的規律性研究。改變自然和驅動頻率之比，發現了亞諧波共振等新現象，並從機理上進行了闡釋。變馬赫數研究觀察到亞諧波共振運動向周期運動的轉化和周期運動向準周期運動的演化。在兩自由度浮沉-俯仰耦合氣彈回響研究中，也存在類似現象，還發現了耦合程度變化會影響氣彈回響倍周期分岔進入混沌的途徑。同時實驗研究不僅驗證了氣動力以及動力學模型的準確性，也證實了以上數值模擬所發現的亞諧共振現象。這些現象的發現不僅加深了對動態失速下氣彈耦合回響規律的認知，也對動態失速抑制和相關係統的氣彈耦合振動控制具有重要的指導意義和參考價值。
