自轉(zhuǎn)旋翼飛行器飛行特性研究.pdf

1、旋翼自轉(zhuǎn)是自轉(zhuǎn)旋翼飛行器定常飛行時的旋翼工作狀態(tài)，自轉(zhuǎn)旋翼無需發(fā)動機驅(qū)動，旋翼從相對來流中獲得能量，維持穩(wěn)定自轉(zhuǎn)并產(chǎn)生拉力；同時，旋翼自轉(zhuǎn)也是直升機旋翼的重要工作狀態(tài)，它直接影響到直升機的飛行安全以及機上人員的生命安全；此外，很多復(fù)合式直升機在大速度前飛時，旋翼也會進入自轉(zhuǎn)狀態(tài)。因此，研究自轉(zhuǎn)旋翼飛行器的飛行特性對于整個旋翼類飛行器都具有重要的意義。
　　相比傳統(tǒng)構(gòu)型的直升機，自轉(zhuǎn)旋翼飛行器由于其構(gòu)型、操縱方式以及旋翼工作原理的不

2、同，使得自轉(zhuǎn)旋翼飛行器的飛行特性較為特殊，其建模方法也較為特殊和復(fù)雜。本文針對自轉(zhuǎn)旋翼飛行器的飛行特性問題，開展了相關(guān)建模方法研究。
　　將自由尾跡方法應(yīng)用于自轉(zhuǎn)旋翼的氣動特性建模，引入自轉(zhuǎn)旋翼槳葉揮舞運動模型和自轉(zhuǎn)旋翼配平模型，解決了自轉(zhuǎn)旋翼特有的轉(zhuǎn)速配平問題，并采用加速算法解決了自轉(zhuǎn)旋翼轉(zhuǎn)速配平帶來的計算量龐大、計算效率低的問題，建立了一種基于自由尾跡的自轉(zhuǎn)旋翼氣動特性分析方法，并經(jīng)試驗數(shù)據(jù)對比驗證了該方法的有效性。相比傳統(tǒng)的

3、動態(tài)入流模型，該模型提高了氣動特性分析的精細度和準(zhǔn)確度。采用該方法對自轉(zhuǎn)旋翼的氣動特性進行了詳細分析，揭示了自轉(zhuǎn)旋翼誘導(dǎo)入流分布及尾跡形態(tài)的特點。
　　針對傳統(tǒng)的工程經(jīng)驗方法或半經(jīng)驗方法準(zhǔn)確度低、普適性差的問題，提出了兩種用于自轉(zhuǎn)旋翼飛行器飛行性能分析的理論建模方法，并經(jīng)試驗數(shù)據(jù)對比，驗證了兩種建模方法的有效性。兩種建模方法都可以準(zhǔn)確分析自轉(zhuǎn)旋翼飛行器的飛行性能，在基本分析法模型中，為了考慮槳盤誘導(dǎo)速度非均勻分布對需用功率的影響，

4、本文應(yīng)用自由尾跡模型的計算結(jié)果對誘導(dǎo)速度進行了修正；配平分析法相對基本分析法更精細、準(zhǔn)確度更高，適合用于詳細的飛行性能分析計算。采用上述建模方法對自轉(zhuǎn)旋翼機及復(fù)合式自轉(zhuǎn)旋翼機的飛行性能進行了分析，驗證了增加機翼可以顯著提高最大前飛速度的技術(shù)方案。
　　建立了一種適用于分析復(fù)合式自轉(zhuǎn)旋翼機的配平方法，解決了自轉(zhuǎn)旋翼機增加機翼后帶來的配平問題。機翼的增加雖然可以提高自轉(zhuǎn)旋翼機的飛行性能，但對配平特性會有很大的影響。本文基于該模型，對兩

5、種自轉(zhuǎn)旋翼飛行器，尤其是目前研究較少的復(fù)合式自轉(zhuǎn)旋翼機的配平特性進行了研究，揭示了增加機翼升力面后的新的配平特性以及需要引起重視的設(shè)計問題。并基于該模型，進一步對復(fù)合式自轉(zhuǎn)旋翼機的自轉(zhuǎn)旋翼與機翼升力分配這一關(guān)鍵技術(shù)問題進行了研究。
　　重新推導(dǎo)了增加自轉(zhuǎn)旋翼轉(zhuǎn)速自由度后的自轉(zhuǎn)旋翼飛行器狀態(tài)空間數(shù)學(xué)方程，并引入運動模態(tài)飛行軌跡及時域響應(yīng)分析等方法，建立了一種適用于自轉(zhuǎn)旋翼飛行器的操穩(wěn)特性分析方法，對自轉(zhuǎn)旋翼飛行器尤其是復(fù)合式自轉(zhuǎn)旋翼