CN109558650A - 直升机旋翼结冰对旋翼性能影响的分析方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种直升机旋翼结冰对旋翼性能影响的分析方法，包括：确定直升机旋翼防除冰系统的工作包线参数，及根据直升机飞行动力学模型确定旋翼不同剖面的迎角‑马赫数关系；根据迎角‑马赫数关系得到翼型的流场分布，在流场中施加工作包线参数求解水滴运动方程获得水滴撞击特性，根据水滴撞击特性及预设的结冰时间或结冰厚度迭代计算得到最终的冰型结构；获得结冰前后翼型的气动特性数据；根据气动特性数据，获得结冰前后旋翼的性能数据。

Description

直升机旋翼结冰对旋翼性能影响的分析方法
技术领域
本申请涉及直升机旋翼分析技术领域，具体提供一种直升机旋翼结冰对旋翼性能影响的分析方法。
背景技术
旋翼系统是直升机平台的关键动部件，是直升机主要升力面和操纵面，直升机各种飞行状态所需的升力和操纵力皆由旋翼系统产生。旋翼结冰将改变其气动、平衡和动力学特性，危及直升机飞行安全。为保证直升机在结冰环境条件下的飞行安全，旋翼系统必须具备防冰或除冰能力。旋翼结冰特性研究是旋翼防/除冰设计的基础，明确旋翼结冰对直升机飞行性能的影响是提高飞行安全行之有效的办法，计算旋翼结冰对直升机气动特性的影响，才能进一步确定旋翼结冰对直升机飞行性能的影响，采取设计措施，保证安全飞行。
常规的旋翼结冰特性技术计算研究，只能进行桨叶翼型水滴撞击特性及冰型计算的原理性研究，距离型号应用尚有一段距离。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种直升机旋翼结冰对旋翼性能影响的分析方法，包括：确定直升机旋翼防除冰系统的工作包线参数，及根据直升机飞行动力学模型确定旋翼不同剖面的迎角-马赫数关系；根据所述迎角-马赫数关系得到翼型的流场分布，在流场中施加所述工作包线参数求解水滴运动方程获得水滴撞击特性，根据所述水滴撞击特性及预设的结冰时间或结冰厚度迭代计算得到最终的冰型结构；获得结冰前后所述翼型的气动特性数据，其中，所述气动特性数据包括升力系数，阻力系数和俯仰力矩系数；根据所述气动特性数据，获得结冰前后所述旋翼的性能数据，其中，所述性能数据包括悬停效率和前飞升阻比。
本申请实施例提供的直升机旋翼结冰对旋翼性能影响的分析方法中，分析、研究直升机旋翼结冰的条件、旋翼桨叶的结冰及桨叶结冰对旋翼性能的影响规律，建立相应的结冰物理模型，发展直升机旋翼桨叶结冰理论和方法，为新一代直升机适应结冰气象条件下使用提供理论基础。
附图说明
图1是本申请实施例提供的直升机旋翼结冰对旋翼性能影响的分析方法；
图2是本申请实施例提供的旋翼防除冰系统工作包线示意图；
图3是本申请实施例提供的迎角-马赫数关系示意图；
图4是本申请实施例提供的水滴撞击流线示意图；
图5是本申请实施例提供的冰型示意图；
图6是本申请实施例提供的悬停状态旋翼结冰前后旋翼悬停效率随总距的变化示意图；
图7是本申请实施例提供的前飞状态旋翼结冰前后旋翼升阻比随前进比的变化示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1是本申请实施例提供的直升机旋翼结冰对旋翼性能影响的分析方法。
如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤101，确定直升机旋翼防除冰系统的工作包线参数，及根据直升机飞行动力学模型确定旋翼不同剖面的迎角-马赫数关系。
其中，工作包线参数如图1所示，可以根据具体型号直升机旋翼防除冰系统总体技术要求，得到旋翼防除冰系统安全使用的结冰强度条件，从而确定工作包线参数。
在直升机旋翼系统气动环境方面，基于高精度飞行力学模型，开展全机配平和旋翼/尾桨叶剖面的气动环境计算，能够得到不同剖面的迎角-马赫数关系(如图2所示)。
步骤102，根据迎角-马赫数关系得到翼型的流场分布，在流场中施加工作包线参数求解水滴运动方程获得水滴撞击特性，根据水滴撞击特性及预设的结冰时间或结冰厚度迭代计算得到最终的冰型结构。
其中，采用基于数值求解N-S方程的方法，采用高阶求解格式，引入DES技术，进行气动干扰过程的高精确模拟，从而得到旋翼/尾桨叶的气动环境，可以利用非定常N-S方程来模拟冰层增长过程中流场的变化，针对每一次物理结冰间隔，采用虚拟时间步，并采用非定常计算模拟每一步所对应流场的变化情况，最后利用非定常解的速度场来求解水滴轨迹方程，得出新的冰形，直至达到需要的结冰时间或结冰厚度为止。
水滴撞击特性分析如图4所示，结冰冰型如图5所示，通过水滴撞击特性分析和结冰冰型的计算分析，能够为防除冰防护范围设计和防除冰控制率设计提供数据支持。
步骤103，获得结冰前后翼型的气动特性数据。
其中，对结冰前的翼型和结冰后的冰型在相同的外界条件下，采用CFD数值计算的方法计算结冰前的翼型和结冰后的冰型的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数，对比分析结冰前后的翼型气动特性，并整理形成可适用于全机配平计算和旋翼性能计算的旋翼翼型气动特性数据。
气动特性数据包括升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数。
步骤104，根据气动特性数据，获得结冰前后旋翼的悬停效率和前飞升阻比。
其中，结冰前后旋翼的悬停效率如图5所示，结冰前后旋翼的前飞升阻比如图6所示。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种直升机旋翼结冰对旋翼性能影响的分析方法，其特征在于，包括：
确定直升机旋翼防除冰系统的工作包线参数，及根据直升机飞行动力学模型确定旋翼不同剖面的迎角-马赫数关系；
根据所述迎角-马赫数关系得到翼型的流场分布，在流场中施加所述工作包线参数求解水滴运动方程获得水滴撞击特性，根据所述水滴撞击特性及预设的结冰时间或结冰厚度迭代计算得到最终的冰型结构；
获得结冰前后所述翼型的气动特性数据，其中，所述气动特性数据包括升力系数，阻力系数和俯仰力矩系数；
根据所述气动特性数据，获得结冰前后所述旋翼的性能数据，其中，所述性能数据包括悬停效率和前飞升阻比。
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