反流区对复合高速直升机旋翼气动特性的影响

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb．252011V01．32No．2223．230ISSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．C13文章编号：1000一6893(2011)02—0223—08反流区对复合高速直升机旋翼气动特性的影响孔卫红，陈仁良*南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室，江苏南京210016摘要：针对复合式直升机高前进比旋翼反流区严重的特点，建立了适合于高前进比旋翼气动特性的分析方法，以H一34旋翼为例计算了该旋翼在高前进比状态下的气动性

2、能，并与已有的风洞试验数据进行对比验证。在此基础上。进一步分析了反流区对高前进比旋翼气动性能以及对桨叶剖面迎角．升力系数和阻力系数的影响。结果表明：反流区越大，对旋翼的气动性能影响越显著；桨叶剖面迎角在反流区边界发生突变，反流区内外的桨叶剖面迎角、升力系数和阻力系数存在明显差别。关键词：直升机；高前进比旋翼；反流区；气动特性；挥舞运动；诱导速度中图分类号：V211．52文献标识码：A直升机前飞时旋翼左右两边的相对气流速度不对称，前行边桨叶逆风旋转，后行边桨叶顺风旋转，导致在后行桨叶一侧靠近桨心的区域，来流引起的桨叶弦向速度分量大于旋翼旋转引起的弦向速度分量，其相对气流由后缘吹向前缘，

3、即反流区。直升机的飞行速度越高，反流区则会越大。复合式高速直升机在悬停和低速时以直升机模式工作，随着飞行速度的增加，旋翼转速逐渐降低。旋翼载荷逐渐减小，升力逐步由机翼承载。复合式高速直升机[1。91高速飞行时，旋翼的前进比可高达0．8[1⋯，远高于常规直升机旋翼的前进比，后行桨叶大部分处于反流区内，造成桨叶剖面迎角及桨叶和旋翼的气动力在旋转一周的过程中发生很大的变化，直接导致桨叶非定常挥舞运动及随时间变化的旋翼诱导速度，这种非定常的挥舞运动和诱导速度反过来又影响到桨叶剖面的迎角变化及桨叶和旋翼气动力的变化，从而形成复杂的耦合关系。反流区面积大是高前进比旋翼最重要的特征之一，成为准确预

4、测高速直升机气动特性的技术难题之一。文献[11]和文献[12]中对高前进比旋翼的气动特性进行了风洞试验研究，得到了H-34旋翼和UH一1D旋翼在前进比高达0．86时的旋翼气动特性风洞试验数据。文献[13]和文献[14]中对常规直升机旋翼后行桨叶的反流区问题进行了探讨，其中沿用了小迎角范围的翼型升力线理论和叶素积分法，并采用均匀诱导速度假设，然而该方法并不适合分析反流区面积大、桨叶剖面迎角变化大的高前进比旋翼的气动特性。文献[10]用CAMRADII软件分析了复合式高速直升机高前进比旋翼的气动特性，并用风洞试验数据进行对比验证，但对反流区内的桨叶阻力系数采取人为添加常数的方法，限制了方

5、法的通用性。本文根据高前进比旋翼反流区作用显著、桨叶剖面迎角范围大、后行桨叶失速效应严重以及收稿日期：2010．04．30；退修日期：2010-06—04；录用日期：2010-07—23；网络出版时间：2010-11—1109：14网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11．1929V20101111．0914．020．htmIDOI：CNKI：11-1929／V．20101111．0914．020*通讯作者．Tel．：025·84892141E-mail：crlae@nuaa．edu．∞引用格武t乳l鲤．眯仁良．反流区对复合高速壹升机旋翼气动特性的影响￡J]．

6、航空学搬．201I．32(2)：223—230．KongWeihong。ChanRenliang．Effectoft'everseflowregiononcharacteristicsofcompoundhighspeedhelicopterrotor[J]．ActaAeronauticsetAstro-nauticaSinica．2011．32(2)：223-230．航空学报桨叶偏流作用显著等特点，提出了适合分析高前进比旋翼气动特性的分析方法。摒弃了小迎角范围的翼型升力线理论，而采用360。迎角范围的翼型风洞试验数据，采用了时变非均布的诱导速度模型，并提出了反流区内的桨叶阻力系数的

7、修正方法。然后以H一34旋翼为例，分析计算了反流区对高前进比状态下的旋翼气动特性影响，并将计算结果与风洞试验数据[8]进行对比验证，在此基础上分析了反流区对桨叶剖面的迎角、升力系数和阻力系数分布的影响。1高前进比旋翼的气动特性分析1．1高前进比旋翼气动力模型为了细致描述高前进比旋翼桨叶不同位置的迎角，首先对桨叶进行离散，然后根据桨叶微段安装角和来流确定桨叶各个剖面的迎角。对高前进比旋翼，桨叶上的偏流效应很大，对实际迎角有影响，考虑偏流效应的桨叶微段迎角为口