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《wz_1直升机旋翼桨叶的设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第29卷第6期南京航空航天大学学报Vol.29No.61997年12月JournalofNanjingUniversityofAeronautics&AstronauticsDec.1997XWZ21直升机旋翼桨叶的设计王华明彭宁航(南京航空航天大学直升机技术研究所南京,210016)摘要从气动、动力学和结构设计三个方面介绍了直升机旋翼桨叶设计的一般要求,分析了桨叶扭转角、平面形状、桨尖形状等参数对直升机性能、旋翼气动特性和动力学特性的影响,并结合WZ21无人驾驶直升机的使用要求对其旋翼桨叶进行了初步设计,给出了桨叶的构形和“共振
2、图”。本文的设计和分析方法可用于指导其他直升机的旋翼桨叶设计。关键词:直升机;旋翼;旋翼桨叶中图分类号:V211.52;V224旋翼是直升机的关键部件,其桨叶既是直升机的升力面,又是直升机的操纵面,对直升机的性能、操纵稳定性及直升机的飞行安全都有重要影响。因此,旋翼设计,一方面要保证桨叶在工作过程中安全可靠,另一方面还要使桨叶具有良好的气动外形,以提高旋翼的气动效率。WZ21直升机是正在研制的一种小型无人驾驶直升机,和其他直升机一样,旋翼也是它的关键部件。在设计阶段应根据直升机旋翼桨叶设计的一般要求,结合WZ21直升机的特点,选择
3、合适的桨叶构形和参数。本文从气动、动力学和结构设计三个方面介绍了直升机旋翼桨叶的一般要求,对桨叶的扭转角等参数,对直升机性能、旋翼气动特性和动力学特性的影响进行了工程分析,结合无人驾驶直升机特点确定了WZ21无人驾驶直升机的桨叶构形和基本参数,并对其动力学特性进行了分析计算,画出了“共振图”。1旋翼桨叶的气动设计桨叶的翼型、平面形状、扭转角等参数对旋翼的气动效率影响很大,同时这些参数又影响到桨叶的动载荷和制造成本,旋翼桨叶的气动设计就是要合理地选择这些参数。1.1桨叶翼型桨叶翼型对旋翼的气动效率影响最大。早期的直升机常采用对称翼型
4、做桨叶,随着直升X收稿日期:1997206206;修改稿收到日期:1997209208第一作者王华明男,副教授,1964年9月生。©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net694南京航空航天大学学报第29卷机飞行速度的提高,先后出现了一些适合直升机使用的非对称翼型。但对称翼型加工方便,用在无人直升机上可以兼顾气动效率和制造成本。正是由于这个原因,在设计WZ21无人驾驶直升机的旋翼系统时,作
5、者选择了NACA0012翼型。1.2桨叶扭转角[1]负扭转可以提高旋翼的悬停效率(图1),延缓后行桨叶上的气流分离,理论分析表明,理想的负扭转可以使旋翼的悬停效率提高5%,这意味着本型直升机的有效载荷可以增加10%～20%,而带线性负扭转的桨叶加工并不困难。因此采用了线性负扭转。图1扭转角与悬停效率的关系直升机前飞时,负扭转使桨叶上的交变载荷增加,对桨叶的寿命和直升机的振动水平带来不利影响,从图1可以看出,当负扭转超过10(°)以后,直升机悬停效率的变化趋于平缓。因此在实际的桨叶上,一般采用-8(°)左右的扭转角,对遥控直升机来说
6、,它的飞行速度一般不高,而执行任务时悬停飞行的时间有可能很长,因而应当采用负扭转偏大的桨叶,以提高旋翼的悬停效率,本机选用3～8(°)的扭角。1.3桨叶平面形状桨叶的平面形状对直升机的悬停性能有影响,理论分析表明,带有负扭转的尖削桨叶与带有负扭转的矩形桨叶相比,悬停效率可以提高2%～3%。此外,尖削桨叶的静挠度小,对直升机的总体布局有利,但是尖削桨叶的制造成本高,旋翼的转动惯量小。当弦长小于130mm时,在低雷诺数下翼型的最大升力下降,而阻力增加。对小型直升机来说这个问题尤为突出。正因为如此,WZ21无人驾驶直升机上采用了平面形状
7、为矩形的桨叶。1.4桨尖形状桨叶尖部形状对旋翼的气动噪声和前行桨叶的激波失速有重要影响,还有可能给桨叶带来有利的动态扭转,国内外现在正进行这方面的研究工作,但从设计、制造上来说,矩形桨尖最为方便。在WZ21无人驾驶直升机上,可选择矩形桨尖(图2(a)),同时为了研究桨尖形状对直升机的影响,在02架机上采用了尖削桨尖(图2(b))。图2桨尖形状2旋翼桨叶动力学设计直升机前飞时,旋翼工作在不对称气流中,桨叶上的气动载荷呈现周期变化,这种交变载荷作用在细长的桨叶上,将使桨叶产生持续的弹性振动,若桨叶的固有频率接近气动激振力的频率,桨叶弹
8、性振动的振幅就很大,这不但会降低桨叶的疲劳寿命,而且还有可能加剧直升机全机的振动。此外,桨叶的运动自由度之间存在©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsres
