研究浸入流体中自由端具有集中质量块的等截面弹性支承悬臂梁的横向自由振动。考虑由集中质量块引起的轴向力作用,建立了支承处弹性水平位移约束和转动约束耦合情形下悬臂梁横向自由振动数学模型。由于集中质量块的惯性力和惯性距,此模型的边界条件与固有频率相关。推导了梁自由振动的频率方程和振动模态的广义正交性条件。数值研究了水深、集中质量块质量、转动惯量、质心距以及弹簧耦合刚度等参数对悬臂梁固有频率和正则模态的影响。

为优化倾转旋翼机气动布局,研究旋翼螺旋桨与机翼间复杂的气动干扰,在考虑有限翼展三维效应、翼尖小翼情况下,通过改变机翼外翼段的长度,研究了旋翼螺旋桨与机翼间的气动干扰规律。使用计算流体力学的三维非定常计算方法获得了巡航状态下旋翼螺旋桨与机翼的流场特征及气动特性参数,研究了螺旋桨滑流对机翼的上洗、下洗作用,以及机翼对螺旋桨滑流的阻塞作用。计算结果表明,随着机翼外翼段的增长,阻塞作用加大,螺旋桨的拉力系数、功率系数均有增大,并且存在周期性波动,波动幅值在5%~6%;机翼受螺旋桨滑流上、下洗作用,其升力系数和阻力系数都减小,但升力系数减小更为明显,升力系数和阻力系数都出现了1%左右的波动。计算同时也反映了有限翼展的三维流动特点。

为了提高旋翼螺旋桨的综合气动性能,基于叶素-动量组合理论并耦合了计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法,设计了一款旋翼螺旋桨,进行了螺旋桨巡航及悬停状态的气动特性计算及流场仿真,计算结果与风洞试验数据进行了对比分析。研究结果表明,在进行网格无关性研究基础上,数值计算与风洞试验的误差较小,设计点平均计算误差为3.0%左右,所采用的CFD计算方法具有较高准确性和可信度。设计的旋翼螺旋桨巡航效率高于80%,悬停效率高于70%,具备了较好的巡航及悬停的综合气动性能。