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轴流状态对转螺旋桨气动性能高效预测方法

航空动力学报 2024年第4期39卷 31-41页

作者：原昕招启军赵国庆南京航空航天大学航空学院直升机旋翼动力学国家级重点实验室南京210016

提出了一套适用于共轴对转螺旋桨轴流状态的高效气动性能预测方法。为消除大入流角状态下小角度假设引入的误差,应用了精确的气动力分解模型与Prandtl桨尖损失函数;根据对转系统的桨尖涡演化规律,发展了轴流状态的尾迹叠加模型,构建了... 详细信息

提出了一套适用于共轴对转螺旋桨轴流状态的高效气动性能预测方法。为消除大入流角状态下小角度假设引入的误差,应用了精确的气动力分解模型与Prandtl桨尖损失函数;根据对转系统的桨尖涡演化规律,发展了轴流状态的尾迹叠加模型,构建了考虑前后桨之间轴向相互气动干扰和前桨对后桨的周向诱导的干扰模式;进而建立起了基于入流角求解的共轴对转螺旋桨的气动性能预测方法。使用该方法计算了对转螺旋桨在不同前飞速度下气动性能随前进比的变化,结果表明非失速段的拉力和功率消耗的预测结果与试验值一致性良好,整体推进效率与试验值吻合。通过对孤立高速螺旋桨、共轴双旋翼以及对转螺旋桨气动性能的评估,表明与采用小角度假设、忽略双桨间的部分干扰并基于入流比求解的常规气动模型相比,该方法对共轴对转螺旋桨的拉力、功率消耗和推进效率的预测更可靠。

关键词：对转螺旋桨气动性能动量—叶素理论(BEMT) 尾迹叠加气动干扰

后排转子直径对对转螺旋桨气动和声学特性的影响

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航空动力学报 2022年第8期37卷 1749-1760页

作者：崔盼望仝帆冯和英陈正武王大庆中国空气动力研究与发展中心气动噪声控制重点实验室四川绵阳621000 湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室湖南湘潭411201

基于非线性谐波法和声类比模型,研究了不同后排转子直径对对转螺旋桨气动特性和噪声的影响规律。首先,利用单排螺旋桨风洞试验结果验证了数值计算方法的可靠性。随后,以某型对转螺旋桨为研究对象,研究了6种具有不同后排转子直径的对转... 详细信息

基于非线性谐波法和声类比模型,研究了不同后排转子直径对对转螺旋桨气动特性和噪声的影响规律。首先,利用单排螺旋桨风洞试验结果验证了数值计算方法的可靠性。随后,以某型对转螺旋桨为研究对象,研究了6种具有不同后排转子直径的对转螺旋桨模型。研究发现,对转螺旋桨后排转子直径“裁剪”会降低后排螺旋桨的拉力系数和功率系数,但对效率的影响不明显。随着后排转子直径的减小,前排转子的叶片通过频率下的噪声几乎没有变化,但高阶噪声变化幅度较大。后排转子减小0.25倍直径,后排转子的叶片通过频率下的噪声降低约为9 dB。后排转子直径“裁剪”不仅可以降低后排转子噪声,在一定程度上也可以降低前排转子的噪声。通过叶片“裁剪”,对转螺旋桨气动噪声降低5~6 dB。对转螺旋桨后排转子直径的减小,减弱了对转螺旋桨叶尖涡干涉和尾迹干涉,并减弱了前后排桨叶的势流场干涉,进而降低了对转螺旋桨的噪声辐射。

关键词：对转螺旋桨转子直径非线性谐波方法叶尖涡干涉噪声

涡流恢复导叶对螺旋桨气动和声学性能影响研究

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推进技术 2024年第5期45卷 63-75页

作者：韦卿张武陈正武仝帆朱文浩王良军上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学与力学研究所上海200072 中国空气动力研究与发展中心气动噪声控制重点实验室四川绵阳621000 上海大学信息化办公室上海200444

为了对比安装涡流恢复导叶与单排螺旋桨气动性能和气动噪声的差异,采用数值模拟的方法研究了安装六种不同间距涡流恢复导叶和单排螺旋桨的气动力及气动噪声。研究结果表明:在起飞状态,级间距Δx=0.27的工况下,安装涡流恢复导叶使得推力... 详细信息

为了对比安装涡流恢复导叶与单排螺旋桨气动性能和气动噪声的差异,采用数值模拟的方法研究了安装六种不同间距涡流恢复导叶和单排螺旋桨的气动力及气动噪声。研究结果表明:在起飞状态,级间距Δx=0.27的工况下,安装涡流恢复导叶使得推力系数增加6.4%,效率增加6.7%。随着间距的增大,前级叶片的桨尖涡、尾迹涡等涡系结构在通过后级叶片时破碎并向下游传播,且强度逐渐减小。噪声强度随着级间距的增加而逐渐减小,最大级间距涡流恢复导叶的噪声与最小级间距涡流恢复导叶噪声相比降低5.7 dB,噪声下降幅度随级间距的增加逐渐减缓,存在级间距最优位置使得推力增加最大,噪声强度适中。

关键词：对转螺旋桨涡流恢复导叶桨尖涡尾迹涡干涉噪声

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桨叶数目对对转螺旋桨气动和噪声特性的影响

空气动力学学报 2023年第12期41卷 61-73页

作者：崔盼望冯和英仝帆陈正武湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室湘潭411201 中国空气动力研究与发展中心气动噪声控制重点实验室绵阳621000

对转螺旋桨的高效率与低油耗等优点已引起人们越来越多的关注。然而,噪声是对转螺旋桨研制过程中亟需解决的关键问题。基于非线性谐波法和声类比理论,研究了转子桨叶数目对对转螺旋桨气动特性和噪声的影响规律及其物理机制。以某型对转... 详细信息

对转螺旋桨的高效率与低油耗等优点已引起人们越来越多的关注。然而,噪声是对转螺旋桨研制过程中亟需解决的关键问题。基于非线性谐波法和声类比理论,研究了转子桨叶数目对对转螺旋桨气动特性和噪声的影响规律及其物理机制。以某型对转螺旋桨为基准对象,研究了7种不同桨叶数组合的对转螺旋桨模型。研究发现,增加对转螺旋桨前/后排转子桨叶数,前/后排转子拉力系数和功率系数将增大,而其波动幅值则明显减小,但这也将损害对转螺旋桨的总推进效率。提出在增加前/后排转子桨叶数的同时适当降低前/后排转子转速,结果表明,该方案既可以保证对转螺旋桨总推力及总效率不受影响,还可以在干涉噪声频率下,获得比单纯增加桨叶数更明显、更宽广的降噪效果。

关键词：对转螺旋桨转子桨叶数非线性谐波方法干涉噪声气动性能

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对转螺旋桨在斜流中的水动力性能研究

中国造船 2020年第S2期61卷 358-371页

作者：王浩天吴家鸣周长科华南理工大学土木与交通学院广州510630

对转螺旋桨(简称:对转桨)的后桨能回收前桨尾流旋转能,具有节能高效、不易空化和稳定性好等优点。螺旋桨一般都处于斜流工况中.为研究斜流工况对于对转桨水动力性能的影响,论文在Star-ccm+平台上采用RANS方法及滑移网格技术,对于CRP6对... 详细信息

对转螺旋桨(简称:对转桨)的后桨能回收前桨尾流旋转能,具有节能高效、不易空化和稳定性好等优点。螺旋桨一般都处于斜流工况中.为研究斜流工况对于对转桨水动力性能的影响,论文在Star-ccm+平台上采用RANS方法及滑移网格技术,对于CRP6对转桨在不同斜流角下的流场进行了数值求解.计算结果表明,对转桨推力及转矩的周期性波动受斜流影响显著,会出现新的周期现象;前桨各向受力皆比后桨大,需着重新考虑前桨的强度问题;后桨各向受力波动幅值皆比前桨大,需着重新考虑后桨的噪声和疲劳问题;CRP6对转桨在小斜流角范围内较单桨节能,但在斜流角较大时节能效果不如单桨.

关键词：斜流对转螺旋桨水动力性能数值模拟节能分析

对转螺旋桨用盘式永磁电机特性分析及其直接转矩控制

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中国电机工程学报 2019年第17期39卷 5225-5236页

作者：饶志蒙黄守道罗德荣姜燕成双银黄钟湖南大学

传统对转螺旋桨多采用燃气轮机和机械传动的驱动装置,该装置存在着结构复杂、体积庞大、噪声污染等问题,文中设计一种基于电力推进对转螺旋桨用的盘式永磁同步电机(disc contra-rotating permanent magnet synchronous motor,DC-PMSM)... 详细信息

传统对转螺旋桨多采用燃气轮机和机械传动的驱动装置,该装置存在着结构复杂、体积庞大、噪声污染等问题,文中设计一种基于电力推进对转螺旋桨用的盘式永磁同步电机(disc contra-rotating permanent magnet synchronous motor,DC-PMSM)。在分析新型盘式对转永磁电机结构与工作原理的基础上,研究该电机的磁路特性,并通过三维有限元计算分析DC-PMSM的双转子反电势的叠加特性、双转子转矩特性等;然后,针对盘式对转永磁电机单定子双转子的特殊结构,提出一种基于转矩角分时控制的直接转矩控制策略,解决负载转矩不对称时盘式对转电机双转子转速不可控的问题,实现双转子的同步运行;最后,通过三维有限元仿真计算与原理样机实验分析,验证新型盘式对转永磁电机的设计方法的正确性和所提控制策略的有效性。

关键词：对转螺旋桨电力推进永磁同步电机直接转矩控制三维有限元

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对转螺旋桨流场气动干扰数值模拟

航空动力学报 2019年第4期34卷 829-837页

作者：史文博李杰西北工业大学航空学院西安710072

基于结构网格动态面搭接技术,通过求解三维非定常雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方程,对单独螺旋桨(SRP)滑流流场进行了数值模拟,结果与风洞试验数据吻合良好,在此基础上深入研究了对转螺旋桨(CRP)的非定常滑流效应及前后桨之间的气动干... 详细信息

基于结构网格动态面搭接技术,通过求解三维非定常雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方程,对单独螺旋桨(SRP)滑流流场进行了数值模拟,结果与风洞试验数据吻合良好,在此基础上深入研究了对转螺旋桨(CRP)的非定常滑流效应及前后桨之间的气动干扰现象。计算结果表明:所采用的非定常RANS方法能够良好刻画对转螺旋桨滑流流场的发展变化特征,适用于分析前后桨气动干扰特性。前后桨桨尖涡的复杂相互作用是导致对转螺旋桨气动干扰的直接原因,后桨桨尖涡对于前桨桨尖涡具有一定耗散作用。在气动干扰影响下,对转螺旋桨气动力会产生周期性波动,波动周期与螺旋桨桨叶数相关,6×6对转螺旋桨在1个旋转周期内产生了12次波动。气流穿过对转螺旋桨会发生两次加速,因此在相同工况下,对转螺旋桨的拉力系数和功率系数相比于单独螺旋桨分别增大约1倍,效率提升约1.5%。

关键词：对转螺旋桨滑流流场气动干扰结构网格动态面搭接技术非定常RANS方法

不同轴向间距对对转螺旋桨气动和声学特性的影响机理

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航空动力学报 2023年

作者：冯和英崔盼望仝帆陈正武李抢斌中国空气动力研究与发展中心气动噪声控制重点实验室湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室

基于非线性谐波法和声类比理论，研究了转子轴向间距对对转螺旋桨气动特性和噪声的影响规律及其物理机制。以某型对转螺旋桨为研究对象，研究了6种具有不同转子轴向间距的对转螺旋桨模型。计算结果表明，对转螺旋桨转子轴向间距的变化... 详细信息

基于非线性谐波法和声类比理论，研究了转子轴向间距对对转螺旋桨气动特性和噪声的影响规律及其物理机制。以某型对转螺旋桨为研究对象，研究了6种具有不同转子轴向间距的对转螺旋桨模型。计算结果表明，对转螺旋桨转子轴向间距的变化对对转螺旋桨总效率有一定的影响，对总拉力系数和总功率系数影响不大。转子轴向间距的增大，对前后排转子之间的轴向速度有显著的影响，对转子后气流轴向速度影响不大。随着转子轴向间距的增大，前后排转子之间的径向速度逐渐减小，进而减弱了对转螺旋桨转子间的滑流收缩。通过改变转子轴向间距，相比最小轴向间距，对转螺旋桨噪声最大降低约10dB，干涉噪声降低约10dB以上，效率提升了1.4%。随着转子轴向间距的增大，前排转子85%叶高处的压力面和吸力面一阶谐波压力幅值在尾缘处分别降低1836Pa(89%)和1277Pa(90%)，后排转子75%叶高处的压力面和吸力面三阶谐波压力幅值在前缘处分别降低266Pa(78%)和209Pa(85%)。

关键词：对转螺旋桨开式转子轴向间距非线性谐波法滑流流场气动干扰

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对转螺旋桨敞水性能数值预报

华中科技大学学报（自然科学版） 2012年第11期40卷 77-80,88页

作者：王展智熊鹰齐万江海军工程大学舰船舶工程系中国人民解放军71187部队

建立了对转螺旋桨敞水性能数值预报模型,采用雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方法结合SSTk-ω湍流模型研究了美国泰勒水池的2组对转螺旋桨的敞水性能,通过滑移网格处理前后桨之间的相对运动,分析了前、后桨非定常推力系数和扭矩系数的变化... 详细信息

建立了对转螺旋桨敞水性能数值预报模型,采用雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方法结合SSTk-ω湍流模型研究了美国泰勒水池的2组对转螺旋桨的敞水性能,通过滑移网格处理前后桨之间的相对运动,分析了前、后桨非定常推力系数和扭矩系数的变化规律.通过与试验数据的比较,结果表明:采用RANS方法结合SSTk-ω湍流模型能够较准确地预报对转螺旋桨的敞水性能;对于前后桨叶数相等的对转螺旋桨,采取小的时间步长能够提高数值预报精度,而对于前后桨叶数不等的对转螺旋桨,可以适当地加大时间步长.

关键词：对转螺旋桨敞水性能数值计算雷诺平均纳维-斯托克斯方法滑移网格