35直升机外挂物投放风洞试验-谷永杰(6)

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1、第二十八届（2012）全国直升机年会论文直升机外挂物投放风洞试验谷永杰1谈佳桢2（1、2中航工业直升机设计研究所，景德镇333001）摘要：采用动力相似法对直升机外挂物投放风洞试验技术进行研究，分析直升机外挂物投放模型设计技术、试验技术和经验。详细介绍了投放模型的设计加工、试验过程及结果处理的情况。试验模型符合要求、试验结果符合规律，取得了很好的效果。关键词：直升机；外挂物投放；动力相似1引言直升机在执行作战任务时，当遇到威胁人机安全的情况时，需要将其所携带的外挂物抛弃，以提高直升机本身的机动性和生存能力。但

2、是外挂物投弃后，在其离开机体初期，处于飞机的干扰流场之中，运动轨迹和姿态变化是非定常的，它们能否迅速脱离机体，是否会与机体发生碰撞，这些都关系到直升机的飞行安全，是直升机研制过程中必须解决的问题。目前，外挂物投放的研究有数值计算和风洞试验两种方法。由于投放物在机体干扰流场中的运动十分复杂，运用数值计算模拟外挂物的投放运动还处于研究阶段，在型号研制过程中，主要是运用模型风洞试验研究外挂物的投放运动。外挂物模型投放风洞试验的目的是测量外挂物离开机体初始阶段的运动姿态和轨迹，研究飞机不同姿态角、飞行速度、高度，投放

3、物不同外形、重量及其悬挂在飞机上的位置和姿态等参数对投放物运动轨迹的影响，从而确定安全投放的参数范围。在本文中，我们运用动力相似模型法研究投放物的运动轨迹。2外挂物投放模型的设计和制作与常规的测力测压试验模型不同，投放试验的外挂物模型不仅要求与实物几何外形相似、风洞流场的马赫数(Ma)和雷诺数(Re)相似，而且投放模型的重量、重心位置、转动惯量也必须与实物动力相似，即考虑弗劳德数(Fr)的影响，只有这样才能保证外挂物模型的运动轨迹和姿态与实物相似，才可以在试验过程中模拟外挂物离机后的真实运动情况。a)动力相似

4、准则和相似流场中的参数关系为了保证模型和实物的运动轨迹及其绕重心转动的姿态相似，作用在模型和实物上的力和力矩多边形应几何相似，并且方位相同。对于低速投放风洞实验，通常可以忽略Ma和的Re影响，但必须模拟Fr,即(1)式中：V-飞行速度；L-特征长度；g-重力加速度；m-下标，表示模型参数；s-下标，表示实物参数。一般情况下，模型流场和实物流场的重力加速度相等，即，因此由式(1)218得试验风速与真实风速的对应关系：(2)式中：λ-模型的缩尺比，λ=Ls/Lm。类似的，根据动力相似条件，我们可以得到投放模型与实

5、物相关参数的对应关系：重量关系(3)式中：Ω-大气相对密度，Ω=ρs/ρm；ρs-实物实际投放时所处飞行高度处的大气密度；ρm-风洞实验环境下的大气密度。上式表明，投放物模型的重量与模型缩比尺寸的立方和相对大气密度的乘积成反比关系。在模拟同一投放物在不同高度投放时，模型的重量不同。由于直升机一般在低空区域飞行，外挂物投放高度一般不超过200m，所以大气相对密度Ω通常选取0.98。时间关系(4)上式表明，如果模拟几个物体连续投放的情况，实物和模型投放时间间隔应满足（4）式。惯性矩关系(5)上式表明，投放物模型的

6、转动惯量与模型缩比尺寸的五次方和相对大气密度的乘积成反比关系。对于同一投放物来说，模拟的投放高度不同，试验模型的惯性矩也不相同。a)投放模型的设计外挂物投放风洞试验需要三种试验模型：载机模型、外挂物模型、挂架模型。载机模型和挂架模型是为了模拟真实的干扰流场和投放物在机体上的初始状态，本论文的重点在于投放模型设计，因此载机模型和挂架模型不做详细叙述。根据前面的论述，要满足外挂物模型和实物动力相似，除了要求模型和实物的外形必须几何相似外，模型的重量、重心位置和惯性矩都必须符合动力相似的参数关系要求。因此，投放模型

7、的设计和制作比常规测力测压试验模型更复杂，具体步骤如下：(1)根据载机的缩尺比确定投放模型的缩尺比λ。按照投放任务中实物的外形尺寸、重量、重心位置、转动惯量和投放高度，运用公式（3）和公式（5），分别计算出投放模型的外形尺寸、重量、重心位置和转动惯量。(2)根据模型的尺寸、结构和重量，以及不同材料的比重，初步选择加工模型所用的材料。尽量选择比重小、强度大、易加工的材料，比如环氧树脂、尼龙、玻璃钢、铝材等等。配重块一般选用密度较大的铅块，便于调节重心位置和转动惯量。(3)根据初步选定的材料和结构形式，运用工程设

8、计软件建立三维模型，并用软件自带的测量功能配平投放物模型的重量、重心位置和转动惯量，使测量值与计算的理论值基本一致。(4)218设计投放物模型时，需在模型内部留有足够的空间，方便调节配重块的位置。配重块尽量设计成两块，可以保证在重心位置不变的情况下，调节转动惯量。针对各个不同的外挂物采用不同的结构形式，图1为一典型投放模型结构图。图1典型投放模型结构图a)投放模型的制作(1)利用工程设计软件设计出的