基于贝叶斯优化方法的高速共轴对转螺旋桨桨叶气动外形优化设计

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作者 赵荣泽 王博 +2 位作者 曹德松 胡东根 招启军 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第3期67-77,I0002,共12页

共轴对转螺旋桨因其两桨间距小、相互间气动干扰显著,在气动和噪声方面存在着不容忽视的问题。本文构建了基于贝叶斯优化方法的高速共轴对转螺旋桨桨叶气动外形优化框架,以提升巡航状态气动效率为目标开展优化设计。优化框架中,为更准... 共轴对转螺旋桨因其两桨间距小、相互间气动干扰显著,在气动和噪声方面存在着不容忽视的问题。本文构建了基于贝叶斯优化方法的高速共轴对转螺旋桨桨叶气动外形优化框架,以提升巡航状态气动效率为目标开展优化设计。优化框架中,为更准确地评估两桨间气动干扰、高速条件下空气压缩性和复杂桨叶外形对高速共轴对转螺旋桨气动特性的影响,采用基于RANS方程的多重参考坐标系方法评估其气动性能;构建Kriging代理模型以描述样本点输入与响应之间的关系,并使用组合加点准则提高寻优效率;结合气动和结构特性,分别对前、后桨的弦长、扭转和前/后掠分布进行参数化。在考虑整流罩和旋转轴影响的情况下,得出的优化方案综合气动效率达到0.8413,相较于初步方案提升约1.53%;优化方案的前、后桨载荷分别约在0.75R和0.7R处达到峰值。本文最终得到的优化设计方案,揭示了高效率的高速共轴对转螺旋桨桨叶的外形特征。 展开更多

关键词 共轴对转螺旋桨 气动优化设计 代理优化 加点准则 多重参考坐标系

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高速航空螺旋桨翼型气动特性及数值仿真 被引量：6

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作者 汤斯佳 曹德松 +1 位作者 闫文辉 彭腾飞 《科学技术与工程》 北大核心 2022年第28期12667-12673,共7页

为了提升高速航空螺旋桨的气动性能,通过计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法研究了平凸翼型NACA4412、超临界翼型RAE2822和高雷诺数薄翼型NACA65206在不同马赫数Ma、不同攻角下的升阻比变化规律,以及翼型流场的马赫数... 为了提升高速航空螺旋桨的气动性能,通过计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法研究了平凸翼型NACA4412、超临界翼型RAE2822和高雷诺数薄翼型NACA65206在不同马赫数Ma、不同攻角下的升阻比变化规律,以及翼型流场的马赫数等值线分布等。通过翼型的升阻比特性研究,选用NACA65206翼型设计了一款高速航空螺旋桨,并进行了螺旋桨流场的CFD仿真和气动性能计算。结果表明:随着马赫数从0.5提高到0.9,NACA65206翼型具有更好的升阻比特性,并且失速特性不断改善;采用NACA65206翼型设计的螺旋桨在0.6飞行马赫数下,推进效率高于80%,在0.7飞行马赫数下,推进效率高于75%,说明了使用薄翼型结合大后掠角度设计的高速航空螺旋桨具有较好的推进效率。 展开更多

关键词 螺旋桨 翼型 计算流体力学方法 升阻比 推进效率

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贯彻《军用飞机结构完整性大纲》的新螺旋桨设计

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作者 崔德刚 昝丙合 +1 位作者 张睿 李兵 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第10期79-87,I0002,共10页

由于螺旋桨产生的滑流可以缩短飞机起降距离,因此降低了飞机对于机场跑道的要求。目前,螺旋桨在民用飞机和军用飞机上仍有大量发展和应用。我国飞机螺旋桨自主设计起步较晚,过去我国大型螺旋桨一直采用全金属实心桨叶,“新螺旋桨”是我... 由于螺旋桨产生的滑流可以缩短飞机起降距离,因此降低了飞机对于机场跑道的要求。目前,螺旋桨在民用飞机和军用飞机上仍有大量发展和应用。我国飞机螺旋桨自主设计起步较晚,过去我国大型螺旋桨一直采用全金属实心桨叶,“新螺旋桨”是我国首次自行研制高性能复合材料螺旋桨。研制过程中,在气动力设计、结构强度、电调控制等方面遇到了一系列巨大挑战。《军用飞机结构完整性大纲》(GJB 775A—2012)作为飞机结构设计的顶层要求,在螺旋桨结构设计中依然发挥着重要作用,是保证新螺旋桨结构可靠性、经济性和产品寿命的重要手段。设计人员在研制中学习和贯彻《大纲》的要求和实施方法,克服了大量的技术难点和工程问题,最终成功地研制和装机了新螺旋桨。本文从《大纲》的五个任务出发,介绍了新螺旋桨研制中关于各个阶段任务的贯彻和实施,以及在此期间开展的有关理论分析和试验验证,系统地总结了《大纲》在螺旋桨结构设计中的实践和体会。希望文章能为今后同类产品的研制提供借鉴和参考。 展开更多

关键词 飞机螺旋桨 结构完整性大纲 结构研制规范 设计准则 结构分析和试验

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螺旋桨气动参数与飞机综合设计技术 被引量：1

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作者 许正宇 汤斯佳 +2 位作者 何淼 昝丙合 曹德松 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第10期88-99,I0002,共13页

螺旋桨推进具备较高的推进效率和广泛的通用性。由于桨盘面积大、滑流范围广,螺旋桨与载机间的空气动力耦合关系更加紧密,需要将螺旋桨与飞机进行综合设计,迭代获取优化设计方案,从而最大化保证飞机的高性能和经济性。本文首先介绍了飞... 螺旋桨推进具备较高的推进效率和广泛的通用性。由于桨盘面积大、滑流范围广,螺旋桨与载机间的空气动力耦合关系更加紧密,需要将螺旋桨与飞机进行综合设计,迭代获取优化设计方案,从而最大化保证飞机的高性能和经济性。本文首先介绍了飞机总体设计对螺旋桨气动设计参数的影响,以及螺旋桨多目标优化综合设计的手段;然后,简述了螺旋桨布局选型对飞机总体设计的影响,介绍了共轴对转螺旋桨设计和分布式推进螺旋桨设计两种新形态的螺旋桨设计构型;最后,讨论了螺旋桨设计手段的发展,以及CFD方法在螺旋桨-飞机综合设计中的应用。本文可为螺旋桨飞机的相关总体设计和气动优化提供参考。 展开更多

关键词 螺旋桨 气动外形 滑流影响 分布式推进 综合设计

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桨距角对螺旋桨气动特性的影响 被引量：4

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作者 边若鹏 昝丙合 +1 位作者 朱建勇 何淼 《排灌机械工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期336-340,共5页

为了研究桨距角的大小对螺旋桨的整体气动性能的影响,基于滑移网格和动网格技术,使用CFD软件求解非定常不可压流动的N-S方程和S-A湍流模型,分别对桨距角静态变化和动态变化下的螺旋桨气动特性进行了模拟分析,桨距角静态变化角度分别为0&... 为了研究桨距角的大小对螺旋桨的整体气动性能的影响,基于滑移网格和动网格技术,使用CFD软件求解非定常不可压流动的N-S方程和S-A湍流模型,分别对桨距角静态变化和动态变化下的螺旋桨气动特性进行了模拟分析,桨距角静态变化角度分别为0°,3°和6°,桨距角动态变化时桨距角按照正弦变化曲线从0°增大到4°.数值计算结果表明:在桨距角静态变化过程中,螺旋桨的拉力和扭矩均随桨距角的增大而增大,而效率降低,相对于桨距角0°,桨距角3°时的拉力提高了20%～30%、扭矩提高了将近30%～40%.在桨距角动态变化过程中,随着桨距角的增加,拉力、扭矩及需用功率均呈线性增加,效率减小,此外,桨距角静态变化时的桨距角3°与桨距角从0°增大到4°动态变化时的桨距角3°所对应的气动参数大致相同. 展开更多

关键词 螺旋桨 桨距角 动态变化 气动特性 数值模拟

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高速直升机尾推螺旋桨气动设计研究 被引量：2

6

作者 昝丙合 何淼 朱建勇 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2022年第3期282-286,301,共6页

为了研究高速直升机的动力推进装置,基于螺旋桨片条理论和环量优化设计理论对高速直升机尾推螺旋桨进行了气动优化设计和气动性能计算.在设计过程中,以高速飞行工况(H=2000 m,v=400 km/h)为设计点,完成了一款直径D=2.5 m高速直升机尾推... 为了研究高速直升机的动力推进装置,基于螺旋桨片条理论和环量优化设计理论对高速直升机尾推螺旋桨进行了气动优化设计和气动性能计算.在设计过程中,以高速飞行工况(H=2000 m,v=400 km/h)为设计点,完成了一款直径D=2.5 m高速直升机尾推螺旋桨的气动方案,给出了螺旋桨桨叶最优环量、弦长以及扭转角分布.基于采用片条理论计算了在不同工况下螺旋桨的气动性能,结果表明该螺旋桨在较宽的前进比范围内均能保持较高效率(η=0.80~0.85).同时采用CFD数值模拟方法完成了2个典型状态点(静止状态v=0 km/h、高速状态v=400 km/h)的气动性能分析,获取了螺旋桨气动性能参数和流场信息,其中数值计算的拉力系数和效率值与理论计算值相差1%~2%,从而验证了复合式高速直升机尾推螺旋桨气动设计方案可靠性. 展开更多

关键词 高速直升机 尾推螺旋桨 气动设计 数值模拟

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侧风对螺旋桨气动特性影响的数值模拟 被引量：1

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作者 边若鹏 昝丙合 +1 位作者 朱建勇 何淼 《排灌机械工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期435-440,共6页

为了研究侧风对螺旋桨气动性能的影响,基于滑移网格技术,使用CFD软件求解非定常不可压流动的N-S方程和S-A湍流模型,数值模拟不同侧风倾角下螺旋桨的气动特性.数值计算结果表明:在侧风条件下,螺旋桨的瞬时气动力,包括拉力、侧向力和扭矩... 为了研究侧风对螺旋桨气动性能的影响,基于滑移网格技术,使用CFD软件求解非定常不可压流动的N-S方程和S-A湍流模型,数值模拟不同侧风倾角下螺旋桨的气动特性.数值计算结果表明:在侧风条件下,螺旋桨的瞬时气动力,包括拉力、侧向力和扭矩,在旋转一周的过程中呈现周期性非定常变化,并且这种周期性变化随侧风倾角的增大更加明显.将一个周期内的瞬时气动力时均化处理得到时均气动力,时均的拉力、侧向力、扭矩以及效率均随倾角的增大而增大,由于拉力的增加幅度大于扭矩的增加幅度,螺旋桨时均效率从0°倾角的54.3%增加到30°倾角的64.3%.通过分析桨叶表面压力分布得出,螺旋桨桨叶迎风面和背风面的共同作用导致螺旋桨气动力的非定常变化,在螺旋桨旋转过程中,迎风面压力增大和背风面吸力增大导致气动力增大,迎风面压力减小和背风面吸力减小导致气动力减小. 展开更多

关键词 无人机 螺旋桨 侧风 气动特性 压力分布 数值模拟

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液压调速器AMESim动态仿真与参数优化 被引量：1

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作者 汤斯佳 黄新锋 +1 位作者 刘阳 蒋君侠 《机床与液压》 北大核心 2024年第6期160-166,共7页

螺旋桨飞机飞行时,调速器对飞机的飞行稳定性与发动机安全性起着关键作用。分析液压调速器的设计结构及其工作原理;针对调速器、液压系统以及执行机构建立AMESim模型,进行动态特性仿真与分析;对调速器动态特性进行单因素影响分析,主要... 螺旋桨飞机飞行时,调速器对飞机的飞行稳定性与发动机安全性起着关键作用。分析液压调速器的设计结构及其工作原理;针对调速器、液压系统以及执行机构建立AMESim模型,进行动态特性仿真与分析;对调速器动态特性进行单因素影响分析,主要设计参数包括控制活门质量、配重质量以及弹簧刚度等,再通过多因素影响分析比较得到最优设计参数。对优化后的调速器模型进行动态仿真。研究结果表明:调速器参数优化后,调速振荡幅度和振荡次数显著减小,增加了调速器系统的稳定性,其性能得到了巨大提升,能够更好地满足发动机、螺旋桨的调速要求。 展开更多

关键词 液压调速器 动态仿真 参数优化

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加成固化型烯丙基线形酚醛树脂研究 被引量：4

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作者 刘乃亮 理莎莎 +1 位作者 李美玲 孙杰 《中国塑料》 CAS CSCD 北大核心 2015年第1期75-79,共5页

采用烯丙基氯与线形酚醛树脂(Novolac)反应,制得烯丙基醚化酚醛树脂(AEN),并于高温下使AEN通过Claisen重排转变为烯丙基线形酚醛树脂(AN),使酚醛树脂固化由缩聚型转变为加成型,对树脂的烯丙基醚化程度、固化过程、转变机理和耐热性进行... 采用烯丙基氯与线形酚醛树脂(Novolac)反应,制得烯丙基醚化酚醛树脂(AEN),并于高温下使AEN通过Claisen重排转变为烯丙基线形酚醛树脂(AN),使酚醛树脂固化由缩聚型转变为加成型,对树脂的烯丙基醚化程度、固化过程、转变机理和耐热性进行了研究。结果表明,通过调节烯丙基氯用量,可以得到不同烯丙基化程度的酚醛树脂,树脂烯丙基醚化程度越高,固化时间越短;在245℃下树脂由醚化的AEN重排为对位的AN,在330~350℃范围内发生烯丙基加成固化反应;加成固化型的酚醛树脂内缺陷少,耐热性高于缩聚型树脂。 展开更多

关键词 线形酚醛树脂 烯丙基醚化 CLAISEN重排 加成固化 耐热性

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先进复合材料自动铺丝设备研究现状与发展趋势 被引量：2

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作者 李俨 蒋君侠 +1 位作者 何玉筱 汤斯佳 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第12期74-83,共10页

先进的复合材料由于其高比强度、比模量、大幅减重和良好的耐腐蚀性,已被广泛用于航空航天工业及其他领域。自动铺丝机是实现自动铺丝的必要设备,是影响铺放质量和生产效率的重要环节。因此,研发和改进自动铺丝机,成为制造复合材料复杂... 先进的复合材料由于其高比强度、比模量、大幅减重和良好的耐腐蚀性,已被广泛用于航空航天工业及其他领域。自动铺丝机是实现自动铺丝的必要设备,是影响铺放质量和生产效率的重要环节。因此,研发和改进自动铺丝机,成为制造复合材料复杂构件的最关键的课题之一。本文针对近年来国内外的自动铺丝设备,重点围绕铺丝机机床主体结构、纱架形式、铺丝头压力系统、加热系统与张力系统等方面,对当前自动铺丝机的研究与应用现状进行论述与分析,总结了国内外自动铺丝设备的研究成果,分析了国内外铺丝设备的优势与不足,最后探讨并总结了自动铺丝设备未来的发展趋势,为铺丝机的设计与优化提供了一个参考方向。 展开更多

关键词 自动铺丝技术(AFP) 先进复合材料 自动铺丝机 铺丝头 预浸料丝束 自动铺丝工艺

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小型风力机系统气动及发电性能试验研究 被引量：3

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作者 昝丙合 何淼 +1 位作者 朱建勇 李国文 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2021年第6期596-601,共6页

为了揭示小型风力机系统气动及发电性能的差异,分别对某新型的风力机风轮及连接发电机的同一风轮的气动性能和发电性能开展风洞试验,详细分析了风轮的气动特性及发电机的电磁特性.基于风轮气动功率和发电机的发电功率试验数据,给出了风... 为了揭示小型风力机系统气动及发电性能的差异,分别对某新型的风力机风轮及连接发电机的同一风轮的气动性能和发电性能开展风洞试验,详细分析了风轮的气动特性及发电机的电磁特性.基于风轮气动功率和发电机的发电功率试验数据,给出了风力机不同风速下的最优工作曲线和实际工作曲线,在不同风速下实际工作曲线中的发电功率峰值及其对应转速均小于最优工作曲线中的气动功率峰值及其对应转速.风轮的气动扭矩随转速先增大后减小,然而发电机的电磁扭矩随转速增大而增大,当发电机逐渐增大的电磁扭矩等于开始减小的气动扭矩,发电机的转速无法进一步加速到气动功率最大值对应的转速,这种不匹配是导致风力机系统气动和发电性能差异的主要原因.试验数据可为研究风力机最大功率控制策略提供支持. 展开更多

关键词 风能 风力机 永磁发电机 气动性能 风洞试验

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双向液压式调速器系统数学建模与仿真 被引量：5

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作者 汤斯佳 陶邦明 +1 位作者 董群 蒋君侠 《液压与气动》 北大核心 2022年第4期131-138,共8页

螺旋桨飞机飞行时,调速器系统对飞机飞行的稳定性及发动机安全性起着关键作用。针对双向液压式调速器系统,通过数学建模和仿真方法研究该调速器系统的动态特性。以某双向液压式调速器系统为研究对象,分析其结构组成和工作原理,根据牛顿... 螺旋桨飞机飞行时,调速器系统对飞机飞行的稳定性及发动机安全性起着关键作用。针对双向液压式调速器系统,通过数学建模和仿真方法研究该调速器系统的动态特性。以某双向液压式调速器系统为研究对象,分析其结构组成和工作原理,根据牛顿第二定律和流体连续方程分别建立了该调速器系统的力-运动数学模型和流量数学模型,并对数学模型中所有力的产生原因和求解方式进行了分析和求解。通过结合数学模型和仿真软件,分别对调速器控制活门和整个调速器系统进行了仿真,重点分析了无反馈的控制活门的实际运动过程和带反馈的整个调速器系统的发动机转速变化及螺旋桨角度变化,得到了控制活门的振动曲线和螺旋桨角度变化曲线。 展开更多

关键词 调速器 飞机螺旋桨 数学建模 SIMULINK

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