04-刚性旋翼复合式直升机技术特点分析-刘成-6

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1、第二十六届（2010）全国直升机年会论文刚性旋翼复合式直升机技术特点分析刘成，朱清华，李建波（南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室，南京210016）摘要：常规直升机由于升力和前飞动力均來H于旋翼，询E速度一直受到局部激波、气流分离及桨盘前倾等因素的限制。为了提升直升机的烏速性能，国外针对复合式直升机进行了人屋的研究，采用刚性旋翼技术的复合式直升机是这类研究的一个隗型代农。本文介绍了刚性旋翼技术的发展历程，分析了刚性旋翼的原理和操纵方式，总结了刚性旋翼复合式直升机的技术特点。并针对我国高速复合式直升机的发展提出了一些意见和建议。关键词：刚性

2、旋翼；前行桨叶概念；ABC旋翼；复合式直升机1引言肓升机自诞生以来，历经八十多年的发展，以其突出的悬停、低空低速性能和良好的机动性能，在军民使用上都发挥了巨大作用。但是常规直升机由于局部激波、气流分离及桨盘前倾三方面因索的限制，询飞速度始终无法与I古I定翼E机相比。而高速性能对于直升机执行战场支援、搜救、运输等任务却非常重要。从十九世纪三十年代起，德、法、英、苏（俄）、美等国家，一直在高速直升研究方面不断探索,已有的技术思路大致有两类。一•类是在常规白升机构型基础上，通过设置推进装置和机翼，询E时为旋翼卸载，改变常规肓升机升力和前飞动力均依赖旋翼

3、的飞行原理，构造出复合式直升机。另一类是所谓的转换式直升机，即在悬停和垂直飞行状态以直升机模式飞行，前飞时以飞机模式飞行，实现高速度。复合式直升机丽飞推力主要由推进装置产生，推力更大，且旋翼不再需要大幅度前倾；高速前飞时机翼产生大部分升力，旋翼产生小部分升力，旋翼可以降低总距和转速，甚至进一步过渡到自转状态，有效削弱前行桨叶压缩性效应和后行桨叶失速限制，从而实现高速E行。而针对不同旋翼技术与不同推进方式的组合，复合式直升机的形式也不尽相同。其中非常重要的一个构型就是采用刚性旋翼的复介式直升机。近儿年随着美国西科斯基公司X2验证机研究的不断开展，这

4、一构型的复合式直升机再次成为国内外关注的焦点。本文将以XH-51、AH-56“夏延”、XH-59A、X2儿种机型为例，对刚性旋翼技术、前行桨叶概念以及采用刚性旋翼的复合直升机的技术特点进行分析。最终从需求角度出发，论述复合式直升机在未来高速旋翼飞行器发展领域所处的地位，并根据国内H前实际情况，提出关于我国开展高速直升机研究的一些看法和建议。2刚性旋翼技术发展历程2.1刚性旋翼的岀现刚性旋翼的开发，实际上是洛克希德公司涉足直升机领域的一个切入点。洛克希德公司是固定翼飞行器设计方面的“领军人物”，其在飞机螺旋桨技术方面积累了大量的经验。上世纪50年代

5、后期该公司对先进直升机开发产牛了兴趣，着手研究刚性旋翼系统，并于1963年改进验证机XH-51A为复合直升机（如图1所示），用于刚性旋翼的飞行试验。XH-51A1964年首飞。1965年，依靠辅助动力飞行器速度达到438千米/小时——是当吋所有旋翼飞行器中最快的速度。1967年6月19H,XH-51A复合型创下了另一项（非官方）旋翼机记录，平飞速度达到487千米/小时。XH-51A充分证明了刚性旋翼在高速复合式直升机上的口J用性。然而,该直升机因为采用涡轮喷气发动机作为辅助推进装置，燃料消耗率高的问题非常严重。从XH-51A试验屮得到的刚性旋翼技

6、术后被用在了AH・56“夏延”的开发屮。如图1所示，“夏延”机身呈流线型，机身中部冇固定的下单翼，尾部除侧向安装的尾桨外，还冇推进用的螺旋桨。设计最大速度约408千米/小时。图1洛克希德XH-51A（左）和AH-56“夏延”（右）复合式直升机刚性旋翼系统配合尾部推进螺旋桨使得“夏延”在高速性能方而表现卓越。使用螺旋桨为推进装有效解决了耗汕率大的问题。但随着试验研究的进一步深入，刚性旋翼的一些问题也逐渐暴鉤出来。主要表现为以下三个方面：1）由于采用刚性旋翼，旋翼及桨毂承受了巨大的载荷，对结构刚度和强度耍求很高，结构尺寸和重量随之上升。阻力、振动以及

7、有效载荷等方面均不令人满意。2）测试过程中，飞行速度超过320千米/小时示，旋翼稳定性出现了问题。洛克希徳为此试验了人量不同材料和不同结构的刚性旋翼设计方案，但该问题始终没有彻底解决。3）在整个项H中最突出的问题是被称为“压力％突变（％Phop）”的现彖。其本质是旋翼每转两周时产生的低频谐波振荡，导致了桨叶上气动压力的剧烈变化。如果飞行员处置不当，将会造成严重的旋翼颤振。由于诸多问题迟迟术能得到解决，更主要的是当时战场需求的变化，美军转而提出“先进攻击直升机”（AAH）计划，着手研制AH-64“阿帕奇”肓升机，AH-56“夏延”宜升机计划被取消，

8、洛克希德公司针对刚性旋翼的研究也基本停止。但其收集到的大量试验数据，直到今天仍具有很高的参考价值。2.2前行桨叶概念的发展西科斯基公司1