復(fù)合式高速直升機(jī)若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本文以復(fù)合式高速直升機(jī)為研究對(duì)象，采用理論與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)復(fù)合式高速直升機(jī)的高前進(jìn)比旋翼的氣動(dòng)特性、低速飛行狀態(tài)下的旋翼/機(jī)翼氣動(dòng)干擾、涵道風(fēng)扇矢量推進(jìn)系統(tǒng)的氣動(dòng)特性以及復(fù)合式高速直升機(jī)的操縱策略等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了研究。
　　 提出一種前進(jìn)比高達(dá)0.8的旋翼氣動(dòng)特性分析方法。該方法針對(duì)高前進(jìn)比旋翼反流區(qū)嚴(yán)重的特點(diǎn)，建立了包括前行槳葉壓縮性、后行槳葉嚴(yán)重失速效應(yīng)和槳葉偏流作用的旋翼氣動(dòng)力模型以及與之相適應(yīng)的時(shí)變非均布旋翼誘

2、導(dǎo)速度模型和槳葉非定常揮舞運(yùn)動(dòng)模型。應(yīng)用該方法，以H-34旋翼為例計(jì)算了該旋翼在高前進(jìn)比狀態(tài)下的氣動(dòng)性能，并與風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果合理。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了反流區(qū)對(duì)高前進(jìn)比旋翼氣動(dòng)特性以及對(duì)槳葉剖面迎角和升力、阻力系數(shù)分布的影響。
　　 從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)復(fù)合式高速直升機(jī)懸停及小速度前飛狀態(tài)的旋翼/機(jī)翼氣動(dòng)干擾進(jìn)行研究。建立了適合復(fù)合式高速直升機(jī)旋翼/機(jī)翼氣動(dòng)干擾研究的理論方法，該方法考慮旋翼尾跡渦的粘性效應(yīng)和畸

3、變效應(yīng)以及槳尖渦卷起效應(yīng)的旋翼自由尾跡模型，用源面元和偶極子面元建立機(jī)翼模型，以計(jì)入機(jī)翼厚度和升力效應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)研究中，通過(guò)復(fù)合式高速直升機(jī)的模型風(fēng)洞試驗(yàn)，研究懸停以及小速度前飛狀態(tài)下旋翼與機(jī)翼之間的氣動(dòng)干擾，發(fā)現(xiàn)機(jī)翼對(duì)旋翼的氣動(dòng)干擾與旋翼槳盤(pán)載荷、旋翼/機(jī)翼相對(duì)距離及風(fēng)速大小有關(guān)，而旋翼對(duì)機(jī)翼的氣動(dòng)干擾效應(yīng)不僅與旋翼的槳盤(pán)載荷、旋翼/機(jī)翼相對(duì)距離及風(fēng)速大小有關(guān)，而且與機(jī)翼后緣襟副翼的偏角大小(反映機(jī)翼彎度)有關(guān)。最后用試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證理論方

4、法。
　　 以動(dòng)量理論、葉素理論和渦流理論為基礎(chǔ)，建立了涵道風(fēng)扇矢量推進(jìn)系統(tǒng)的風(fēng)扇、涵道以及舵面氣動(dòng)模型，并針對(duì)斜流引起涵道唇口的不對(duì)稱(chēng)繞流，提出了斜流狀態(tài)涵道產(chǎn)生氣動(dòng)力矩的建模方法，形成了涵道風(fēng)扇矢量推進(jìn)系統(tǒng)的氣動(dòng)特性分析模型。并用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
　　 最后，通過(guò)復(fù)合式高速直升機(jī)在穩(wěn)態(tài)飛行狀態(tài)的操縱策略研究操縱冗余問(wèn)題。以復(fù)合式高速直升機(jī)UH-60L/VTDP為樣機(jī)，建立飛行動(dòng)力學(xué)模型，采用二次序列規(guī)

5、劃的優(yōu)化方法對(duì)懸停至370km/h高速飛行的各種狀態(tài)進(jìn)行配平優(yōu)化，得到復(fù)合式高速直升機(jī)在不同速度下穩(wěn)定飛行的操縱量、姿態(tài)及升力與推力隨飛行速度的變化關(guān)系。結(jié)果表明，在懸停小速度時(shí)，復(fù)合式高速直升機(jī)主要由旋翼來(lái)提供升力和推進(jìn)力，矢量推進(jìn)系統(tǒng)起到類(lèi)似于直升機(jī)尾槳的提供反扭矩的作用；隨著飛行速度的增加，旋翼逐步卸載，機(jī)翼逐步承載，最大速度時(shí)旋翼只承擔(dān)約40％的升力，而機(jī)翼承擔(dān)了約60％的升力，且推力幾乎完全由推進(jìn)器來(lái)承擔(dān)，解決了復(fù)合式高速直升