直升機(jī)環(huán)量控制尾梁反扭矩系統(tǒng)研究.pdf

1、直升機(jī)環(huán)量控制尾梁反扭矩系統(tǒng)在諸多方面的性能優(yōu)于常規(guī)尾槳，但是由于功耗較高始終沒(méi)有得到大規(guī)模應(yīng)用。環(huán)量控制尾梁作為該系統(tǒng)的一個(gè)主要部件具備進(jìn)行深度優(yōu)化的潛力，它通過(guò)在一側(cè)噴射氣流引導(dǎo)利用附壁旋翼下洗流產(chǎn)生氣動(dòng)力以抵消旋翼反扭矩，使尾梁成為一個(gè)氣動(dòng)部件。本文從降低環(huán)量控制尾梁反扭矩系統(tǒng)功耗為出發(fā)點(diǎn)，建立了環(huán)量控制尾梁理論分析模型，通過(guò)理論分析對(duì)環(huán)量控制尾梁進(jìn)行了系統(tǒng)的參數(shù)影響分析，并對(duì)比研究了不同狹縫形狀和尾梁截面形狀對(duì)側(cè)向力的影響，根據(jù)

2、計(jì)算結(jié)論設(shè)計(jì)了一套可在飛行中調(diào)整環(huán)量控制尾梁狹縫寬度和狹縫噴射速度的機(jī)構(gòu)。為了驗(yàn)證計(jì)算結(jié)論和調(diào)整方案，本文還設(shè)計(jì)了一套反扭矩系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)架（包括一個(gè)環(huán)量控制尾梁反扭矩系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)），并利用環(huán)量控制尾梁反扭矩系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)研究。
　　作為背景，本文首先闡述了環(huán)量控制尾梁反扭矩系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)、研究現(xiàn)狀及當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究所存在的不足和難點(diǎn)，提出本文的研究?jī)?nèi)容和方法。
　　基于流體力學(xué)方法，本文采用二維定常不可壓 N-S方控制

3、方程和可實(shí)現(xiàn)的κ?ε湍流模型對(duì)環(huán)量控制尾梁進(jìn)行建模分析，計(jì)算網(wǎng)格包含了尾梁的內(nèi)部空間從而使模擬計(jì)算分析可以計(jì)入狹縫的影響。通過(guò)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證了該計(jì)算方法具有較高的精確度，可以用于環(huán)量控制尾梁的分析研究。
　　應(yīng)用所建立的計(jì)算分析方法，對(duì)環(huán)量控制尾梁進(jìn)行了系統(tǒng)的參數(shù)影響分析，分析的參數(shù)包括尾梁的工作參數(shù)（下洗流速度、狹縫噴射速度、狹縫迎角等）、狹縫幾何參數(shù)（狹縫幾何形狀及各參數(shù)的大小等）及環(huán)量控制尾梁的截面形狀等。研究發(fā)現(xiàn)提高狹

4、縫噴射速度、減小噴射角、增大尾梁截面直徑及采用雙狹縫等方法能提高尾梁的側(cè)向力并增強(qiáng)氣流的附壁穩(wěn)定性能?；谠黾营M縫噴射速度或減小噴射角設(shè)想，本文設(shè)計(jì)了6種不同幾何形狀的狹縫并對(duì)比分析了各種狹縫的性能。分析結(jié)果顯示，圓弧形狹縫由于噴射角可以達(dá)到接近0°并有利于提高噴射速度且其噴射氣流與附壁下洗流之間不存在分層流動(dòng)而成為最佳狹縫。對(duì)尾梁截面形狀的分析發(fā)現(xiàn)，提高下洗流速度、減小噴射角及優(yōu)化狹縫的縫位角有利于提高尾梁截面的優(yōu)化效果，使非圓形截面

5、的產(chǎn)生的側(cè)向力高于圓形截面。但是非圓截面形狀對(duì)環(huán)量控制尾梁的真正作用是其有利于抑制被本文稱為“過(guò)噴現(xiàn)象”的氣流附壁循環(huán)繞流現(xiàn)象。直升機(jī)常規(guī)飛行時(shí)的旋翼下洗流速度不高，比較容易因引發(fā)“過(guò)噴現(xiàn)象”使尾梁消耗更多的功耗卻產(chǎn)生更小的側(cè)向力。
　　為了使對(duì)環(huán)量控制尾梁反扭矩系統(tǒng)的研究貼近工程實(shí)際，本文虛擬了一架參數(shù)與MD520N相當(dāng)?shù)闹鄙龣C(jī)，計(jì)算出其不同飛行狀態(tài)下的旋翼下洗流速度及旋翼反扭矩，并據(jù)此通過(guò)尾梁側(cè)向力對(duì)旋翼軸力矩最大化對(duì)環(huán)量控制

6、尾梁的狹縫寬度、狹縫噴射速度和尾梁截面形狀進(jìn)行參數(shù)優(yōu)選。優(yōu)選結(jié)果顯示在旋翼下洗流速度不同時(shí)，相應(yīng)的使側(cè)向力對(duì)旋翼軸力矩最大的狹縫噴射速度也是不同的，由此設(shè)計(jì)了一套可以根據(jù)旋翼下洗流速度、范圍在直升機(jī)飛行中調(diào)整狹縫噴射速度、狹縫寬度、狹縫長(zhǎng)度及軸向位置的機(jī)構(gòu)，使環(huán)量控制尾梁的工作參數(shù)與旋翼下洗流速度及范圍相匹配。
　　最后，本文設(shè)計(jì)、加工了一套環(huán)量控制尾梁反扭矩系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)，并采用風(fēng)洞模擬旋翼下洗流，完成了環(huán)量控制尾梁反扭矩系統(tǒng)的模