直升机旋翼刹车能在发动机关车后尽快停止旋翼转动,在强风条件下仍能保持旋翼静止状态。随着技术的进步,越来越多的发动机具有刹车起动能力,即旋翼刹车松开前起动,待达到慢车转速时再松开旋翼刹车,有助于在大风条件下实现直升机起降。旋翼刹车能够有效缩短旋翼的制动时间,同时也能保证地面试验的高效率开展,对操作人员的安全也更有保证。因此旋翼刹车对于直升机的可靠使用、提高安全性能和生存能力有巨大的作用。

低雷诺数和非定常气动特性是微型飞行器有别于常规飞行器的主要特点。首先简要介绍了飞行雷诺数的含义,并从低雷诺数的附面层特性和其对气动力的影响两方面分析了雷诺数对气动特性的影响,并给出了两种低雷诺数微型飞行器的空气动力学计算方法。接着分析了固定翼、旋翼、扑翼三类微型飞行器的非定常运动特征,重点介绍了仿生扑翼微型飞行器的非定常运动及其实现途径。然后介绍了旋翼气动力简化计算方法、非定常空气动力计算的N-S方程数值方法,并给出了低雷诺数非定常气动设计软件和应用案例。最后,提出将人工智能的方法引入微型飞行器控制系统势在必行,这将是飞行器自主感知,最终解决控制问题的重要途径。

建立一种旋翼前飞状态下的旋翼气动弹性分析模型,模型中采用松耦合方法集成高精度计算流体力学(CFD)气动模型。采用Green应变以及几何精确的弹性运动及变形的几何关系式;并通过Hamilton建立旋翼动力学方程。采用基于N-S控制方程的CFD气动模型,采用滑移网格技术实现桨叶运动。通过计算SA349/2直升机前飞状态下的挥舞、摆振振动载荷,对比试验数据,验证建立的气动弹性分析模型。结果表明,集成CFD的气弹模型能有效提高振动载荷预估精度,对于高阶谐波载荷的计算有很大的提高。

在直升机旋翼减振应用中,连续后缘襟翼和常规分离式襟翼相比具有重量轻、结构紧凑、气流平稳等优点。选用压电纤维复合材料作为驱动材料,基于NACA23012翼型设计带有连续变形后缘襟翼的桨叶段,对襟翼及其驱动结构进行选材设计分析;采用流固耦合方法分析连续后缘襟翼对剖面翼型气动特性的影响。结果表明:连续后缘襟翼在直升机桨叶工作迎角、马赫数范围内可实现有效偏转,显著改变翼剖面气动升力和力矩,证明了连续后缘襟翼在旋翼减振控制中的潜在应用价值。

以容积法水表检定装置对DN25mm 旋翼式水表样品(B 级)进行检定，在测量水表的示值误差时，将流经水表的水集于检定装置的工作量器内，比较水表的示值和装置量器中水量的实际值，得到水表的示值误差。按水表检定规程的要求，在水表流量范围高区，示值误差限为±2% ;低区示值误差限为±5% 。

为研究转速变化对旋翼悬停性能的影响,通过旋翼计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法建模分析和缩比模型旋翼台试验的方法,以自研无铰式刚性旋翼为对象,研究了旋翼转速对悬停性能的影响规律。结果表明基于运动嵌套网格和非定常流场求解建立的旋翼计算流体力学方法对悬停状态的气动性能计算精度较高,最大误差为6.84%;模型旋翼试验数据有效,具有良好的重复性;转速降低后相同总距对应的拉力系数更小,悬停效率拐点对应的拉力系数更大;拉力越小,变转速所节省的功率越明显,低拉力时可节省超过40%需用功率。可见改变转速可以显著提升悬停状态的旋翼气动性能。

采用高效的自由尾迹方法求解旋翼流场,在获得旋翼桨叶气动载荷的基础上,利用基于紧致源模型的FW-H方法进行旋翼载荷噪声计算。旋翼厚度噪声预测方面,使用三维网格对桨叶外形进行描述以提高精度。基于建立的旋翼气动噪声预测方法,开展了旋翼操纵量(总距、周期变距)、桨叶挥舞运动以及轴倾角等旋翼运动参数对气动噪声的影响分析。重点针对典型桨-涡干扰状态,分析了参数对桨-涡干扰(BVI)噪声指向性的影响规律。结果表明,旋翼运动参数尤其是桨叶周期变距运动,对气动噪声特性的影响较大,获得准确的桨叶运动参数和旋翼轴倾角是提升噪声预测精度的途径之一。

对复合式高速直升机的旋翼两侧不同强度下洗流对机翼的气动干扰分析,可以为类似构型直升机的气动外形设计及优化提供一定的参考。采用动量源方法对复合式高速直升机悬停及前飞状态的流场进行数值模拟,分析旋翼两侧不同强度的下洗流对机翼的气动影响,研究改变旋翼桨盘高度和机翼展弦比对气动特性的影响。结果表明复合式高速直升机前飞时,随着旋翼桨盘的增高,两侧机翼升力差峰值减小,且峰值落在更小速度处;随着机翼展弦比的增大,两侧机翼升力差峰值减小,且在峰值后同一速度下,机翼越细长两侧升力差越小。

针对直升机噪声问题,基于空气动力学原理和全耦合气动声学分析公式,构建直升机转子叶片灵敏度分析模型,采用ANSYS CFX数值模拟方法与FW-H声学模块耦合的混合气动声学方法,将直升机转子噪声信号传播给远场观测者。利用时域气声伴随算法实现模型求解,选取四叶NACA0012型直升机旋翼在前飞工况的噪声进行实证研究,结果表明模型能有效地预测四叶NACA0012旋翼在前飞时的噪声。在验证成功的基础上,采用伴随公式对旋翼噪声信号进行优化,最后得到时域气声伴随算法的直升机转子叶片形状优化分析的结果。

小型飞机因为其发展前景广阔,受到广泛青睐。首先依据小型飞机的计算流体动力学,设计飞机固定翼外形模型与网格。其次,基于FLUENT仿真软件,对小型飞机的固定翼的外形进行气动分析。最后对其外形的设计做出理论分析。