42变转速旋翼性能及配平研究-韩东(8)

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1、第二十八届(2012)全国直升机年会论文变转速旋翼直升机性能及配平研究韩东(直升机旋翼动力学重点实验室，南京航空航天大学，江苏南京，210016)摘要：为研究变转速旋翼直升机性能及配平特性，本文以旋翼动力学综合模型为分析手段，研究了样例变转速旋翼直升机旋翼需用功率随旋翼转速、E行速度、起0重量利匕行高度的变化，玄升机配平研究主要分析了旋翼总距、纵横向周期变距和桨轴纵横向倾斜角随旋翼转速的变化，以及在不同转速随前飞速度的变化关系。通过研究表明，降低旋翼转速可明显降低旋翼需用功率，冇利于提鬲直升机航时、航程和升限等性能指标。旋翼转速变化对直升机配平影响明显，配平限制了旋翼工作在过低的转速

2、，另一方面，旋翼转速过低反而有可能增加旋嵬的需用功率。旋翼总距和纵横向周期变距随旋翼转速的降低而加人，旋翼桨轴的纵向和横向倾斜角随旋翼转速的降低而减小。关键词：旋翼；变转速；功率；配平1背景直升机由于能在狭小的范围内垂直起降，在抗震救灾、海上急救、消防、资源探测和军事等方面用途广泛。航吋、航程、速度和升限等性能指标不高一直是困恼直升机界的一个难题。为提高直升机效率和性能，不同于-•般固定旋翼转速直升机，旋翼变转速技术提供了--种可行「L有效的技术途径[迅特別适用丁•长航吋、大航程、高空和高速等直升机。降低旋一翼转速同样也町减少旋翼噪音,提高发动机、动力传动和减速器等零部件的寿命。XV

3、-15倾转旋翼机的旋翼可工作在589RPM或517RPM(1OO%-88%)[31o鱼騰倾转旋翼机V-22的旋翼同样有两个工作转速，悬停和过渡状态时旋翼以412RPM的转速工作，飞机状态吋旋翼以333RPM的转速工作。美国止在研制的A160高空长航时无人直升机，如图1。采用了最优转速旋翼技术，试验航吋已接近20小吋，远大于一般常规直升机，旋翼转速可降到旋翼•全转速的60%。Johnson对比了三种不同构型的下一代重型运输直升机的技术方案，均采用了旋翼变转速技术，其小一型旋翼转速可降到全转速的31.5%[4]oGermanowski等对比研究了几种不同型式的运输型倾转旋翼机⑸，指出变转

4、速和变旋翼直径技术优丁•常规恒转速旋翼技术。西科斯棊公司正在研制的X2演示验证机，如图2,釆用了“前行桨叶概念”技术©7】，通过降低前飞吋刚性旋翼的转速来减小前行桨叶桨尖速度，延缓激波影响，进一步提高直升机最大前飞速度，试验中最大飞行速度已达463km/h,创造了直升机最大前飞速度世界记录。从目前几种已装备和止在研制的直升机所采用的旋翼技术可见：旋翼变转速技术将是旋翼技术研究和发展的热点和趋势之一。由于旋翼变转速技术的复杂性，现役的直升机基本上均未采用此项技术。因此，国内外较少开展相关研究。近年来，随着变转速技术在V22倾转旋翼机上的成功实现，再加上几种正在试制的新直升机均采用了此项

5、技术，越来越多的研究人员开展了变转速旋翼技术的相关硏究。Prouty研究了变转速旋翼直升机的总体性能⑴，研究表明采用变转速设计可明显提高悬停升限、航时、航程和速度等性能指标。Steiner等人研究了变转速技术对直升机性能和配平的影响，研究表明降低转速明显有助于提高直升机性能叫Karem设计了最优转速旋翼(OptimumSpeedRotor)和最优转速倾转旋W(OptimumSpeedTiltrotor)[9,101,冃前已应用于V-22倾转旋翼机和A160长航吋无人直升机。Litt等人研究了变转速旋翼的转速控制策略［⑴，指出通过控制涡轴发动机调节旋翼转速不现实，提出了一种齿轮差动控制

6、方式來控制旋翼转速。Guo等人开展了变转速旋翼直升机飞行控制率的研究［,2J3J41,旋翼转速变化可用于飞行品质的提高。Saribay等人设计岀-•种新的周环变转速传动系统來调节旋翼转速Z⑹。Ashok等人设计了应用于高速直升机的变转速齿轮传动系统〔JHan等人研究了变转速旋翼小拉杆载荷特点及通过共振区时的摆振载荷控制［，8J9］,指出旋翼转速対旋翼载荷有明显影响，旋翼工作在共振转速附近时载荷明显增大，需采用有效措施进行控制。Berry和Chopra在风洞中测量了模型变转速旋翼的性能和振动载荷㈤］,测试表明降低旋翼转速有助于降低旋翼需用功率。Datta等人进行了旋翼低转速高前进比时的

7、气动机械特性，实验发现后行桨叶逆弦长方向有动态失速现象⑵】。Kang等人对比了多种旋翼变体技术対旋翼性能的影响QI,研究表明旋翼变转速带來的直升机性能提高明显优于其它儿种方式。国外对变转速旋翼的研究主要集中在气动性能和变转速技术实现上，国内在有关变转速旋翼方面研究报道较少。图2X2高速直升机为研究旋翼转速变化对变转速旋翼直升机性能和配平的影响，本文在旋翼动力学综合模型的基础上，以类似A160长航时无人直升机的样例直升机为分析対象，重点研究旋翼转速变化、飞行