直升机着舰过程的流场数值模拟

论文摘要

随着舰载直升机在舰船战斗体系中扮演着越来越重要的角色,其能否安全、快速起降决定了能否最大限度发挥舰船的海战能力。根据先前研究者们的理论和试验分析表明,直升机着舰区域的流场结构会对其起降过程产生较明显的影响。但在数值模拟方面,以前多是将舰船尾流场与旋翼流场分开讨论,再通过提取某一流场信息到另一流场中进行研究,却忽略了两种流场会发生相互作用的情况。本文综合考虑了两种流场相互干扰的特性,采用FLUENT、ICEM等商业软件,构建了舰船/直升机系统模型,对着舰域的耦合流场进行了数值模拟。主要研究内容如下:首先,通过动量源方法对旋翼流场进行了数值模拟,并对比试验数据,以验证该方法是否适用于模拟旋翼流场。其次,采用某型护卫舰为模型,研究了舰船来流风向、表面建筑物以及在航行过程中的倾斜、摇摆对舰船尾部流场的影响。然后,在舰船尾流场研究的基础上,结合动量源方法,采用某型直升机为模型对着舰域附近的耦合流场进行数值模拟,并与简单叠加流场做出对比,进一步证明该方法适用于研究耦合流场。再次,针对直升机着舰过程中流场的变化以及直升机各气动力的变化进行分析,研究机库门顶层遮挡物对旋翼及机身各气动力的影响,在此基础上根据来流风向的变化指出了适合直升机着舰的最佳路径。最后,对后续风洞试验所需的相似准则建立了数值计算模型,通过计算结果的分析,得到了适用于试验的缩比尺寸。通过本文的研究可知,采用6)-模型和混合网格能够有效模拟舰船尾流场的流场特性,并能进一步得到着舰域耦合流场的流动结构特征和流动参数分布规律,这对分析直升机着舰过程的受力情况和指导直升机的着舰方式有所助益。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 论文的研究背景、目的及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 舰船尾流场的研究
•     1.2.2 含旋翼下洗流的耦合流场的研究
•   1.3 论文的主要研究内容
• 第2章 着舰域流场及旋翼流场的数值计算方法
•   2.1 引言
•   2.2 舰船及旋翼流场数值模拟的基本理论与方法
•     2.2.1 舰船及旋翼整体网格划分
•     2.2.2 舰船及旋翼流场CFD方法
•   2.3 动量源项求解
•     2.3.1 坐标系转化
•     2.3.2 动量源项推导
•   2.4 算例验证
•     2.4.1 动量源方法算例验证
•     2.4.2 SFS2舰船流场算例验证
•   2.5 本章小结
• 第3章 舰船尾流场及耦合流场的计算与分析
•   3.1 引言
•   3.2 舰船尾流场的计算与分析
•     3.2.1 模型网格、边界条件
•     3.2.2 海风风向对着舰域流场的影响
•     3.2.3 上层建筑物对着舰域流场的影响
•     3.2.4 舰船航行姿态对着舰域流场的影响
•   3.3 旋翼/舰船耦合流场的计算与分析
•     3.3.1 无侧风工况
•     3.3.2 右舷侧风工况
•   3.4 本章小结
• 第4章 直升机着舰过程中的流场特性研究
•   4.1 引言
•   4.2 垂直方向着舰算例分析
•     4.2.1 整体网格划分及边界条件设置
•     4.2.2 整体流场初始化
•     4.2.3 直升机着舰过程分析
•   4.3 机库门顶部遮挡物对直升机着舰过程的影响
•   4.4 多种工况下直升机着舰路径的选择
•     4.4.1 直升机着舰过程及着舰方式
•     4.4.2 来流风向对三种入场方式选择的影响
•     4.4.3 舰船航行姿态对三种入场方式选择的影响
•   4.5 本章小结
• 第5章 直升机相似准则数值验证
•   5.1 引言
•   5.2 相似准则简述
•     5.2.1 几何相似
•     5.2.2 运动相似
•     5.2.3 动力相似
•     5.2.4 变形相似
•   5.3 算例验证
•     5.3.1 网格及边界条件设置
•     5.3.2 计算结果分析
•   5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王超

导师: 盖京波

关键词: 耦合流场,动量源,数值模拟

来源: 哈尔滨工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,航空航天科学与工程,武器工业与军事技术,船舶工业

单位: 哈尔滨工程大学

分类号: V211.52;U674.70

总页数: 109

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