70直升机水中横向稳性计算与试验验证-汪正中(12)

《70直升机水中横向稳性计算与试验验证-汪正中(12)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二十八届（2012年）全国直升机年会论文直升机水中横向稳性计算与试验验证汪正中1马玉杰1江婷2(1.中国直升机设计研究所，直升机旋翼动力学国家重点实验室，江西景德镇,333001；2.中国特种飞行器研究所，水动力研究中心，湖北荆门,448035)摘要：参考水上飞机的横向稳性计算原理和海船稳性规范，建立了直升机的横向稳性计算方法，对漂浮姿态角、横向静稳性、横向动稳性、抗风浪等级等进行研究，并采用简单的方法进行燃油液面修正。完成了某型直升机漂浮特性试验，进行了横向稳性计算结果与试验结果的相关性分析。结果表明计算结果与试验结果的相关性很好。关键词：直升机；漂

2、浮试验；横向稳性1引言舰载直升机长期在海上飞行，一旦发动机发生故障，水上迫降是保障安全的最后一道防线。一般来说，能在海上起降的直升机是采用船体带辅助固定浮筒的构型[1-3]，例如SH-3D海王直升机；具有水上迫降能力的直升机是采用装有应急漂浮系统（即气囊式浮筒）的构型，例如EH101直升机。水上迫降合格审定包括四个主要方面[2]：旋翼航空器入水、旋翼航空器漂浮和配平、乘员撤出、乘员救生。申请水上迫降合格审定的直升机在进行飞行试验之前，为了保证安全，必须用可靠的理论分析、模型水动试验或已取证的相似构型的旋翼航空器的模型试验数据和其它数据（合适时）来表明直升

3、机具有水上迫降能力。漂浮与配平性能应在从零到申请人选定的最高海况范围内进行验证，在临界的重量和重心组合的情况下，应有足够的漂浮时间保证人员的安全撤离，而不会发生倾翻和在最临界的水密舱破损的情况下，不会沉没。通过抗沉性和横向稳性分析，可以对应急漂浮系统（即气囊式浮筒）的设计提供指导，包括气囊容积和水密舱个数的选择、气囊个数与安装位置等。为了确保直升机在水上迫降时的生存能力，国外进行了大量的水上迫降试验。韦斯特兰公司在其位于威特岛的航空部门试验基地对EH101进行了一系列的试验[4]。EH101在水面紧急降落时采用4个增强型聚乙烯气囊增强浮力，这4个气囊由6

4、个压缩空气瓶自动充气，其中两个主要气囊连接在起落架的两侧，另外两个较小的气囊则位于机头处。在紧急迫降时，飞行员可以在直升机着水时打开应急降落电子系统，自动打开压缩空气瓶的阀门为4个气囊充气。试验结果显示，即使发生了气囊损坏的恶性事故，直升机如果正面迎风的话，就算是满载也能够经得起Ⅳ级海况的考验。直升机水中横向稳性计算方法有两种：即工程法与数值法。工程法是以流体静力学为基础发展起来的，简单地说，就是以阿基米德浮力定律为基础，研究横向稳性。数值法是以流体动力学为基础发展起来的，随着CFD（计算流体力学）技术的发展，数值模拟直升机在波浪中的响应成为可能。数值法

5、涉及到数值算法稳定性、网格生成、自由液面模拟以及波浪的准确模拟等方面，计算量大，且不易收敛。本项目受国际科技合作项目（2008DFR80210）资助。[作者简介]：汪正中（1964-），男，研究员，研究方向为直升机飞行力学。本文参考水上飞机的横向稳性计算原理[5]和海船稳性规范[6]433，建立了直升机的横向稳性计算方法，对漂浮姿态角、横向静稳性、横向动稳性、抗风浪等级等进行研究，并采用简单的方法进行燃油液面修正。完成了某型直升机漂浮特性试验，进行了计算结果与试验结果的相关性分析。结果表明计算结果与试验结果的相关性很好。2横向稳性计算方法直升机静浮于水面

6、时，在外力作用下会产生纵向和横向的倾斜。当外力作用停止后，直升机能恢复到原来位置的能力，这种能力叫做稳性。直升机稳性的研究是一个非常重要和非常复杂的课题，它是直升机最重要的性能之一，是直升机着水安全的基本保障。直升机在水中时的稳性取决于小倾角初稳心的位置和直升机重心的位置，二者在高度上的相对位置决定了直升机的稳定情况，二者之间的距离称为稳心高度，它决定着稳定的程度。为了保持任意倾角下的稳定平衡，恢复力矩随着倾角增大的速度需要比倾覆力矩随着倾角增大的速度快。稳性的大小对直升机纵向和横向摇摆特性和幅度有着很大的影响。稳性过大，直升机便会在平衡位置附近进行快速

7、的周期性振荡；而稳性过小，则会形成非周期性的摆动，并缓慢地恢复到平衡位置。因此，不仅要使静浮于水中的直升机具有足够的初稳性，而且还必须使其恢复力矩曲线的曲率适宜，并使最大的恢复力矩相对应于较大的倾斜角，以保证在突加倾覆力矩的作用下直升机能有足够的储备功。2.1坐标系坐标系的原点为直升机机头顶点。轴以点为基准，与机身基线平行，指向机尾；轴以点为基准，指向右舷一侧；轴以点为基准，方向朝上。如图1所示。图1坐标系规定：1．右舷下沉时的横倾角为正；2．尾倾时的纵倾角为正；3．恢复力矩以倾斜力矩的反方向为正。2.2浮性直升机在一定载荷下漂浮在距水面一定位置的能力称

8、为浮性。静浮性的计算包括机身的排水量、浮心位置以及在不同排水量下的纵倾角。在水中