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基于CFD方法的舰载直升机着舰风限图计算

南京航空航天大学学报 2024年第2期56卷 227-233页

作者：左清宇徐国华史勇杰南京航空航天大学直升机动力学全国重点实验室南京210016

本文建立了一种基于Navier⁃Stokes方程的直升机着舰流场计算方法,可应用于着舰区域旋翼/机身/尾桨气动力的计算。该方法采用隐式耦合的求解方式,以双时间方法进行推进来模拟直升机着舰过程中着舰域的流场特性。为提高计算效率,旋翼和尾... 详细信息

本文建立了一种基于Navier⁃Stokes方程的直升机着舰流场计算方法,可应用于着舰区域旋翼/机身/尾桨气动力的计算。该方法采用隐式耦合的求解方式,以双时间方法进行推进来模拟直升机着舰过程中着舰域的流场特性。为提高计算效率,旋翼和尾桨采用动量源模型来计算其在流场中的作用。在使用该计算方法的同时,本文采取多项式拟合的方式修正直升机非线性飞行动力学模型的计算结果,以此实现复杂流场中的直升机配平计算。应用所建立的方法,文中以UH⁃60A直升机和SFS2舰船为研究对象,进行了单机的耦合CFD方法的全机配平分析,验证了配平方法的可行性。然后引入了直升机安全着舰判据,利用耦合CFD的配平方法和安全着舰判据,计算了该机/舰组合的理论着舰风限图。

关键词：直升机空气动力学舰载直升机飞行动力学配平分析理论风限图

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双轴承旋转喷管型面设计及数值模拟研究

推进技术 2024年第5期45卷 95-106页

作者：李瑶徐惊雷潘睿丰张玉琪黄帅南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室江苏南京210016 南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

针对短距/垂直起降战斗机高机动飞行的迫切需求及其矢量喷管机械结构复杂笨重的问题,提出了基于轴对称双喉道气动矢量喷管设计的双轴承旋转喷管,通过采用双轴承结构和双喉道气动矢量喷管相结合的方式,减少驱动结构,使喷管能更高效、轻... 详细信息

针对短距/垂直起降战斗机高机动飞行的迫切需求及其矢量喷管机械结构复杂笨重的问题,提出了基于轴对称双喉道气动矢量喷管设计的双轴承旋转喷管,通过采用双轴承结构和双喉道气动矢量喷管相结合的方式,减少驱动结构,使喷管能更高效、轻便地实现短距/垂直起降,并且赋予了飞行器平飞模态高机动飞行的潜力。基于典型轴对称双喉道气动矢量喷管构型,开展了双轴承旋转喷管的型面设计和运动规律研究,利用数值模拟开展关键设计参数对喷管流场的影响研究,获得喷管的性能变化规律。结果表明,短距/垂直起降模态下,典型构型的双轴承旋转喷管推力矢量角最大可达108°,满足短距/垂直起降飞行器对喷管的要求。凹腔段的长短轴比值对喷管短距/垂直起降模态的性能影响较大,相同落压比条件下,长短轴比值越大,喷管的总推力系数越低,推力矢量角越大,并且推力矢量角最大差值达到41°。本文所提出的双轴承旋转喷管可为未来具备短距/垂直起降、高机动性能的飞行器动力系统提供一种新的解决方案。

关键词：短距/垂直起降双轴承旋转喷管双喉道气动矢量喷管气动性能数值模拟

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共轴刚性旋翼高速直升机配平策略优化设计

航空学报 2024年第9期45卷 254-271页

作者：王梓旭李攀鲁可朱振华陈仁良南京航空航天大学直升机动力学全国重点实验室南京210016 中国直升机设计研究所景德镇333001

最大巡航速度、最大平飞速度是共轴刚性旋翼高速直升机最重要的性能指标之一,其特殊的构型和工作方式导致其旋翼桨毂载荷问题突出。高速飞行俯仰姿态角、平尾安装角、横向周期变距差动、旋翼转速等配平状态和设计参数对需用功率、桨毂... 详细信息

最大巡航速度、最大平飞速度是共轴刚性旋翼高速直升机最重要的性能指标之一,其特殊的构型和工作方式导致其旋翼桨毂载荷问题突出。高速飞行俯仰姿态角、平尾安装角、横向周期变距差动、旋翼转速等配平状态和设计参数对需用功率、桨毂载荷、操稳特性等具有显著的非线性交叉耦合影响,在考虑飞行品质相关要求下开展了高速飞行配平策略优化设计方法研究,为获得飞行性能和桨毂载荷综合最优配平策略提供设计手段。基于共轴刚性旋翼高速直升机非线性飞行动力学模型,分析了不同配平策略设计参数对配平特性、稳定性、操纵性等影响规律;在此基础上,将配平策略设计问题描述为数学优化问题;为提高优化计算效率和降低优化失败风险,基于Kriging代理模型开展配平策略优化设计研究。优化结果表明:在最大巡航速度和最大飞行速度下,相比于基准配平策略,在最优功率配平策略下需用功率分别降低5.7%、6.9%;在最优桨毂力矩配平策略下桨毂力矩载荷分别降低55.6%、55.2%;在需用功率、桨毂力矩综合最优策略下需用功率分别降低1.8%、3.1%,桨毂力矩载荷分别降低49.4%、46.2%,验证了提出的配平策略优化设计方法的有效性。

关键词：共轴刚性旋翼高速直升机配平特性配平策略 Kriging模型优化设计

基于高阶谐波控制的倾转旋翼近场气动噪声主动控制试验

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航空学报 2024年第9期45卷 229-239页

作者：马锦超陆洋王亮权宋奎辉无锡职业技术学院机械工程分院无锡214121 南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室南京210016 中国空气动力研究与发展中心旋翼空气动力学重点实验室绵阳621000

倾转旋翼飞行器的桨尖靠近机身,其近场气动噪声问题严重,理论研究表明,高阶谐波控制能够调整桨盘载荷分布,从而降低倾转旋翼对机身表面的气动噪声辐射。通过试验研究验证了高阶谐波控制(HHC)对倾转旋翼飞行器近场气动噪声的抑制效果。... 详细信息

倾转旋翼飞行器的桨尖靠近机身,其近场气动噪声问题严重,理论研究表明,高阶谐波控制能够调整桨盘载荷分布,从而降低倾转旋翼对机身表面的气动噪声辐射。通过试验研究验证了高阶谐波控制(HHC)对倾转旋翼飞行器近场气动噪声的抑制效果。研制了一套用于模型倾转旋翼的HHC伺服控制系统,及倾转旋翼飞行器缩比机身模型;进一步在消声室环境下搭建了倾转旋翼飞行器近场气动噪声主动控制的HHC主动控制试验系统,开展了直升机模式下的噪声主动控制试验研究;验证了HHC对倾转旋翼飞行器近场气动噪声的主动控制效果。试验结果表明2Ω的HHC控制输入的降噪效果最好,在直升机模式下,机身顶部观测点处的近场气动噪声最多可降低4.5 dB。

关键词：倾转旋翼高阶谐波控制近场气动噪声主动控制

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飞机典型结构当量初始缺陷尺寸分布模型研究

南京航空航天大学学报 2024年第3期56卷 438-446页

作者：冯浩凌许希武古兴瑾俞晓楠南京航空航天大学航空学院南京210016 南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016

利用结构耐久性分析技术可以在保证飞机结构可靠性的同时,有效提高飞机结构的经济性。应用结构耐久性分析技术,对某型飞机飞行载荷谱作用下一种7B04-T651高强铝合金典型疲劳结构的原始疲劳质量(Initial fatigue qualit,IFQ)进行了研究... 详细信息

利用结构耐久性分析技术可以在保证飞机结构可靠性的同时,有效提高飞机结构的经济性。应用结构耐久性分析技术,对某型飞机飞行载荷谱作用下一种7B04-T651高强铝合金典型疲劳结构的原始疲劳质量(Initial fatigue qualit,IFQ)进行了研究。开展了3级不同应力水平下的飞行载荷谱疲劳试验研究;利用极大似然估计法处理基于三参数Weibull分布的裂纹萌生时间分布的参数估计问题,利用蒙特卡罗法对比验证了该方法的正确性,提出使用对数样本矩处理当量初始缺陷尺寸(Equivalent initial flaw size,EIFS)分布以获取通用当量初始缺陷尺寸分布模型;建立描述该典型结构的原始疲劳质量模型,验证其当量初始缺陷尺寸小于许用规定的0.125mm;最后通过对该典型结构的原始疲劳质量分析,验证了通用化方法的正确性和实用性,并且建立了结构在不同应力区、不同指定裂纹尺寸和不同可靠度下的寿命估计模型。

关键词：原始疲劳质量裂纹萌生时间当量初始缺陷尺寸极大似然估计铝合金

基于CFD/CSD耦合的TEF旋翼气弹特性高精度模拟

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航空学报 2024年

作者：王华龙张夏阳赵国庆招启军马砾南京航空航天大学直升机动力学全国重点实验室

为分析前飞状态带有后缘小翼（TrailingEdgeFlap,TEF）的旋翼的气弹特性，建立了一套基于CFD/CSD耦合的高精度分析方法。基于参数化建模发展了一套含动态后缘小翼的旋翼运动嵌套网格方法。气动分析方面，在传统气动模型的基础上引入高精... 详细信息

为分析前飞状态带有后缘小翼（TrailingEdgeFlap,TEF）的旋翼的气弹特性，建立了一套基于CFD/CSD耦合的高精度分析方法。基于参数化建模发展了一套含动态后缘小翼的旋翼运动嵌套网格方法。气动分析方面，在传统气动模型的基础上引入高精度CFD方法，可以精确模拟旋翼非定常流场及气动特性。结构上建立了刚性后缘小翼动力学模型，以附加质量、阻尼、刚度等矩阵的形式考虑刚性后缘小翼运动对旋翼系统的影响，基于Hamilton原理和Timoshenko梁模型建立了系统的非线性动力学方程。采用基于代数变换的弹性网格变形方法，在此基础上发展流固非定常耦合策略。通过对比模型旋翼和SA349/2旋翼气弹响应的计算结果，验证CFD/CSD耦合方法的有效性。以带后缘小翼的SMART旋翼为算例，对比桨叶剖面等效法向力系数的计算结果；着重开展Fulton模型旋翼的计算分析，分别研究悬停状态下桨根扭矩和前飞状态下挥舞弯矩幅值的变化规律，并与文献结果进行对比。结果表明：本文建立的CFD/CSD耦合方法可以提高旋翼非定常气弹载荷的分析精度，精确捕捉低速前飞旋翼的BVI现象，挥舞弯矩平均误差控制在11.68%；同时计算得到的带后缘小翼的桨叶固有频率误差不超过4.0%，桨根挥舞弯矩幅值平均误差为15.15%，能够有效模拟后缘小翼的气弹特性。在单一后缘小翼操纵规律下，Fulton旋翼的桨毂垂向力Fz能够得到有效控制，载荷幅值的降低程度达到80%以上。

关键词：旋翼动力学后缘小翼气动弹性 CFD/CSD方法气弹载荷

倾转旋翼飞行器运动稳定性变化规律及其影响机理

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航空动力学报 2024年

作者：王梓旭李攀王冰朱振华刘诚南京航空航天大学直升机动力学全国重点实验室

为摸清运动模态稳定性变化规律，以XV-15为例，深入分析了短舱倾转角、飞行速度、旋翼/机翼气动干扰等因素对运动模态特征根、特征向量、稳定性导数等影响规律及产生机理。研究表明，旋翼倾转对主要运动模态特征根、荷兰滚和纵向长周期... 详细信息

为摸清运动模态稳定性变化规律，以XV-15为例，深入分析了短舱倾转角、飞行速度、旋翼/机翼气动干扰等因素对运动模态特征根、特征向量、稳定性导数等影响规律及产生机理。研究表明，旋翼倾转对主要运动模态特征根、荷兰滚和纵向长周期模态特征向量产生显著影响，其背后主要影响因素是机体角速度在旋翼坐标系投影、旋翼桨盘与飞行速度夹角和旋翼桨毂中心距重心距离等因素随短舱倾角成正弦或余弦变化。在低速飞行时，旋翼/机翼间气动干扰恶化了纵向长周期模态的不稳定性，但随短舱倾转角减小和飞行速度增加，稳定性得以改善。为能倾转过渡路径选择提供指导，提出了倾转走廊内运动稳定性综合评估指标，基于等值图直观反映出运动稳定性的综合变化规律。

关键词：倾转旋翼飞行器稳定性运动模态根轨迹稳定性导数特征向量

基于格点网格与段尺度注意力机制的知识图谱构建

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计算机集成制造系统 2024年

作者：王体春李昊王贤伟南京航空航天大学直升机动力学全国重点实验室南京航空航天大学机电学院

为解决当前知识图谱构建模型过程中训练样本特征单一、关系抽取准确率低下的问题，建立一种基于格点网格与段尺度注意力机制的知识图谱自动构建模型（Knowledge Graph based on Grid and Segments Attention Mechanism，KG-GSAM）。针... 详细信息

为解决当前知识图谱构建模型过程中训练样本特征单一、关系抽取准确率低下的问题，建立一种基于格点网格与段尺度注意力机制的知识图谱自动构建模型（Knowledge Graph based on Grid and Segments Attention Mechanism，KG-GSAM）。针对实体识别任务，引入格点网格结构对双向门控循环神经网络进行改进；针对关系抽取任务，引入段尺度注意力机制，搭建关系抽取神经网络。在公开数据集和近三年自动导引车领域的专利文本构建的数据集上分别实验，结果表明本文模型在Precision、Recall和F1-score三个指标上与其他知识图谱构建模型相比有一定的优越性。

关键词：知识图谱格点网格段尺度注意力机制 BERT模型关系抽取神经网络自动导引车

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直升机振动主动控制方法研究综述

电光与控制 2024年第5期31卷 1-10页

作者：王潇杨一凡张硕南京航空航天大学航空学院直升机动力学全国重点实验室南京210000

直升机振动问题突出,振动控制技术始终是直升机发展过程中的一项关键技术。回顾了直升机振动控制技术的研究进展,重点综述了直升机振动主动控制技术。首先给出了直升机振动控制发展至今的技术分类,简要介绍了直升机振动被动控制技术原理... 详细信息

直升机振动问题突出,振动控制技术始终是直升机发展过程中的一项关键技术。回顾了直升机振动控制技术的研究进展,重点综述了直升机振动主动控制技术。首先给出了直升机振动控制发展至今的技术分类,简要介绍了直升机振动被动控制技术原理,着重对振动主动控制技术的原理和发展,包括作用于机身结构的主动控制,作用于自动倾斜器的高阶谐波控制和独立桨叶控制,作用于桨叶的主动扭转旋翼、主动后缘襟翼、主动桨尖和微型襟翼等控制进行了详述。最后展望了直升机振动主动控制技术研究的发展方向和未来趋势。

关键词：直升机振动主动控制旋翼系统综述

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