直升机旋翼与舰船甲板复合流场研究

【摘要】直升机以其超低空飞行能力、独有的悬停特性和高效灵活的特点越来越多地被装载于非航空型舰船,用以执行海上运输、补给、搜救等任务。舰船空气尾流场是直升机在舰上起降的主要环境。受上层建筑及海面变化风向的影响,舰船空气尾流场结构复杂,影响范围大。以往的理论分析和飞行实践证明,甲板上方流场结构对直升机起降过程影响很大。但现有文献多是将甲板流场和直升机流场分开研究,再结合各自的流场结构进行综合分析,忽略了甲板流场和旋翼流场的相互作用。本文利用数值模拟方法,建立舰船与旋翼复合模型。利用FLUENT软件对舰船流场、单旋翼复合流场与多旋翼复合流场进行数值计算,探究风向、旋翼悬停位置与旋翼数量对复合流场结构、湍动能分布与旋翼受力的影响。本文介绍了数值模拟方法及求解方案,并对计算模型的合理性进行了讨论。通过与缩比船模试验结果对比,验证了计算模型和求解方法的合理性。在此基础上,开展了多风向流场求解(风向0°、右舷15°和左舷15°)。单旋翼复合模型为舰船甲板停机坪A、B、C位置分别单独悬停旋翼的模型,多旋翼复合模型为舰船甲板停机坪A、B、C位置同时悬停旋翼的模型。研究结果表明：不同风向时,舰船流场结构不同。甲板悬停旋翼时,旋翼桨尖涡与舰船旋涡相互掺混,使得舰船甲板流场旋涡结构变得复杂。旋翼后方流场由于受到涡流区尾迹影响,湍流度增加。旋翼位置越靠前,旋翼桨尖涡与上层建筑尾涡掺混程度越大。湍动能分布作为一种判定标准,可以很好地表征流场的紊乱程度。多个旋翼同时悬停时,甲板上方各涡流区之间掺混加剧,高湍动度区域范围增加,各旋翼升力能力降低。尤其侧风风向时,位于后方的旋翼升力能力下降明显。研究结果能够为不同工况下直升机在船舶甲板上方的作业安全提供理论支持和有利参考。
【作者】耿雪；
【导师】孙鹏；张洪涛；
【作者基本信息】大连海事大学，动力工程，2014，硕士
【关键词】直升机旋翼；舰船；流场结构；升力；数值模拟；

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