20 环量控制尾梁技术及无尾桨直升机综述-魏艳艳(5)

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1、第二十八届（2012）全国直升机年会论文环量控制尾梁技术及无尾桨直升机综述魏艳艳1李文贵2张晓强2刘峰3（1、陆军航空兵学院，北京，101123；2、61255部队，山西侯马，043013；3、61267部队，北京，101114）摘要：无尾桨直升机改变了传统直升机的尾桨设计概念，利用环量控制尾梁产生平衡旋翼反扭矩所需的力，从而取消尾桨，从根本上消除尾桨给直升机带来的各种不利影响。本文详细论述了环量控制的概念以及环量控制尾梁的基本原理，在此基础上阐述了无尾桨直升机的结构以及国内外无尾桨直升机的发展情况。关键词：环量控制；环量控制

2、尾梁；无尾桨；直升机1引言20世纪初是直升机发展的探索期，多种试验性机型相继问世。直升机升空后，为实现其可控稳定飞行，第一个需要解决的问题是配平旋翼旋转所引起的反扭矩。直升机早期的方案大多是多旋翼式，靠旋翼彼此反转来解决配平问题。俄国人尤利耶夫提出了利用尾桨来配平旋翼反扭矩的设计方案并于1912年制造出了试验机。这种单旋翼带尾桨式直升机成为至今最流行的形式，占到世界直升机总数的95％以上，在数量上占绝对优势，其技术也最为成熟。然而，尾桨是单旋翼直升机最容易出事故的部件之一，也是振动和噪声源之一，而且需要消耗一定的发动机输出功率

3、。特别对于武装直升机，在超低空或贴地飞行时尾桨可能碰到高压线或树枝。据统计，由于尾桨而引起的直升机飞行事故，占整个直升机事故的15%以上。针对常规尾桨的这些固有缺点，国际直升机界一直在不断探索研究非常规尾桨技术，期望能够取消传统尾桨，提高直升机安全性。在上世纪六十年代初，环量控制技术被用于产生高升力，相关研究广泛展开。1976年美国麦道直升机公司开始探索直升机无尾桨技术，把环量控制技术应用于直升机尾梁，经过大量的地面试验和试飞验证，认为环量控制尾梁完全可以代替传统尾桨。2环量控制尾梁技术2.1环量控制概念通过控制边界层可改变处

4、于气流中物体的升力。实验证明，沿壁面从缝隙喷气给边界层补充能量，可推迟边界层分离，从而达到增升减阻的目的。环量控制由边界层控制发展而来，目前已成为一个专门课题。所谓环量控制，是指在后缘为圆弧形的翼型后部上表面开缝，气流从缝中喷出，挟带着上面的气流绕后缘流动，直到在后缘某点分离，由此在该翼型上形成环量，产生升力。环量控制翼型是一种高升力翼型，其升力产生机理是：通过设在翼型上的喷口喷气给边界层以补充能量，推动边界层分离点后移，同时喷气气流对外流产生“裹携”作用，使绕翼型的流动产生很大的环量，从而获得高升力。2.2环量控制尾梁原理由

5、于单旋翼带尾桨式直升机的尾桨存在着一些不可避免的缺点，研究人员一直在寻求传统尾桨的替代方案。如果单纯采用喷气推力来替代尾桨，将消耗较多发动机输出功率，影响旋翼可用功率。针对尾梁的工作环境─—在直升机垂直飞行和小速度前飞时，尾桨处在比较稳定的旋翼下洗流中，可以对该气流加以诱导，合理利用，充分发挥其作用。在尾梁上用喷气的方法附加一定的环量，使旋翼下洗流绕尾梁一侧加速流动，从而产生侧向力以平衡旋翼反扭矩。1015普通圆型上表面气流不可能绕过后缘，而是在后缘附近分离。如图1所示，没有喷气时，上表面气流在B点就已分离，喷气时，分离点沿表

6、面后移至C点。后缘开缝使气流沿切向喷出，喷流速度大于外部表面气流速度，给边界层补充能量，使其附着在圆表面直至C点后分离。图1圆柱体环量控制示意环量控制所需气流量很小，主要用来控制边界层，延缓气流分离。一般尾梁采用的圆柱体属不良绕流体，处于流场中的圆柱体上不仅不能产生升力，而且由于存在着粘性引起的摩擦阻力和尾部气流分离引起的压差阻力，其型阻相当大。如果在圆柱体上适当位置开缝并从缝隙中沿表面切向喷气，改变绕圆柱体的流动情况，推迟边界层分离，即可产生升力，减小阻力。图2环量控制尾梁工作原理环量控制尾梁把旋翼下洗流动能转换成用于平衡旋

7、翼反扭矩的侧力，尾梁相当于一个低展弦比机翼，具有升力和阻力，分别是作用在尾梁上的侧力和向下力。升力的产生需要缝隙喷出的低压气流，喷流所需功率的大小与缝隙喷流速度有关。尾梁截面近似为圆，工作原理如图2所示，尾梁内低压气流从长缝中喷出，由于附面层的作用，从开缝中喷出的气流带走旋翼下洗流，使旋翼下洗流发生偏转，并附着在尾梁周围，而不是在尾梁下部洗出，将引起尾梁周围环量增加，产生附加侧向力。该环量可通过改变喷气动量来控制。这一情况同机翼产生升力相似。3无尾桨直升机无尾桨简称NOTAR（NoTail1015Rotor），是直升机技术的新

8、发展，它最早由麦道直升机公司提出，利用环量控制尾梁和直接喷气装置提供平衡旋翼反扭矩及进行航向操纵所需的力。和常规尾桨相比，无尾桨系统更安全有效。3.1国内外无尾桨直升机研究现状环量控制理论在上世纪初提出，很早已应用于固定翼飞机，且发展比较成熟。1966年Cheesem首先提出