【摘 要】
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随着科学技术的发展和低空禁飞的逐步解除,使得小型直升机和无人机市场变得异常火爆。由于直升机不需要固定翼飞机飞行的助力跑道和大型机场配套硬件设施,所以非常适合目前国内外需求。旋翼是能够让直升机实现机动飞行不可缺少的部件,其气动性能的优劣也直接影响到了直升机的航行效能和使用寿命。本文以小型直升机旋翼为研究对象,主要进行了如下研究:参照直升机旋翼设计基本理论,设计了直升机旋翼半径、桨叶数目、桨叶宽度、旋
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随着科学技术的发展和低空禁飞的逐步解除,使得小型直升机和无人机市场变得异常火爆。由于直升机不需要固定翼飞机飞行的助力跑道和大型机场配套硬件设施,所以非常适合目前国内外需求。旋翼是能够让直升机实现机动飞行不可缺少的部件,其气动性能的优劣也直接影响到了直升机的航行效能和使用寿命。本文以小型直升机旋翼为研究对象,主要进行了如下研究:参照直升机旋翼设计基本理论,设计了直升机旋翼半径、桨叶数目、桨叶宽度、旋翼实度和桨叶各个剖面安装角度等。为了保证直升机悬停时的效率,选取了对称翼型NACA0012翼型作为旋翼桨叶的初始翼型,并采用翼型设计软件Profili分析对比不同雷诺数、攻角和最大厚度的弦长位置对翼型气动性能的影响。得到NACA0012-20%翼型的最佳攻角为9.5°,对应升阻比最大为69.0197。所以本文采用NACA0012-20%翼型来对旋翼桨叶进行外形设计。对桨叶模型进行-8°线性扭转设计,将桨叶模型分为9个截面,并计算各个截面的弦长及扭角。采用叶素曲线直接导入法,结合Profili和Solid Works建立了直升机旋翼三维实体模型。基于CFD方法,利用有限元分析软件ANSYS Fluent对直升机在不同飞行状态下进行仿真模拟得到其气动性能情况。分析了直升机在悬停与前飞状态下旋翼桨叶表面静压、沿叶展方向0.7R处静压、旋翼不同方向的流速变化和旋翼周围涡量分布。监测在不同转速和不同前飞速度下旋翼所产生的升力,与专业直升机分析软件Flightlab中得到的升力进行对比,结果相互吻合,验证了仿真结果的可靠性。结合流固耦合分析方法,对直升机在悬停和前飞状态下几种不同材料属性的桨叶进行固体强度分析。分析结果为:在直升机各种飞行状态下,桨叶的危险区域位于桨叶将根处,且桨叶强度均满足要求。所以流固耦合分析能够在直升机旋翼设计和优化过程中提供有效的数据参考。
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