基于自由尾迹方法的自转旋翼气动特性研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaNov．252015VoI．36No．113540．3548ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：Ehkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．ca基于自由尾迹方法的自转旋翼气动特性研究王俊超1，谭剑锋2，李建波1’*，徐明11．南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室，南京2100162．南京工业大学机械与动力工程学院，南京211816摘要：为研究白转旋翼的气动特性，建立了自转旋翼的自由尾迹方法计算模型，并耦合桨叶挥舞运动模型和自转旋翼配平模型，建立了一

2、种分析自转旋翼气动特性的方法。以某试验自转旋翼为算例对该方法进行了验证并运用该方法研究了自转旋翼的尾迹几何形状和桨盘诱导人流分布特性。研究结果表明：建立的自由尾迹方法计算模型可以满足自转旋翼气动特性分析的需求，相比传统的近似人流模型，该自由尾迹方法模型精度更高；前飞时自转旋翼尾迹随时间推移自桨盘处向桨盘后上方运动，水平面内自转旋翼尾迹畸变略小于驱转旋翼；自转旋翼桨盘诱导人流呈非均匀分布，从桨盘前缘到后缘，下洗入流大致呈不断增加趋势，在相同拉力水平下，自转旋翼90。方位角附近及桨盘后缘的诱导人流小于驱转旋翼。关键词：旋翼；尾迹；桨叶；挥舞；配平；气动特性；直升机中图分类号：V2

3、11．52文献标识码：A文章编号：i000—6893(2015)11-3540—09旋翼自转是自转旋翼机定常飞行时的旋翼工作状态，自转旋翼无需发动机驱动，旋翼从相对来流中获得能量，维持稳定自转并产生拉力；同时，旋翼自转也是直升机旋翼的重要工作状态，它直接影响到直升机的飞行安全以及机上人员的生命安全，直升机飞行时一旦出现发动机故障、尾桨由于故障不能平衡反扭矩或者直升机需要陡降为避免陷入涡环状态等情况时，直升机应及时进入自转飞行，以确保安全着陆；此外，很多复合式直升机在大速度前飞时，旋翼也会进入自转状态[1巧]。因此，研究自转旋翼的气动特性对于整个旋翼类飞行器都具有重要的意义。在

4、自转旋翼气动特性研究方面，著名直升机空气动力学专家Leishman[61采用动量叶素理论对自转旋翼的气动特性进行了分析。Kim等[73基于Pitt—Peters动态人流模型对前飞时自转旋翼的稳定自转特性进行了数值仿真。Rezgui等‘81运用分岔理论和旋翼风洞试验相结合的手段，对跷跷板式自转旋翼的稳定自转区域进行了研究。Rigsby和Prasad[9]基于FLIGHTLAB平台对自转旋翼在高前进比状态下的性能和配平特性进行了研究。Niemi和Gowda[10]通过试验和数值计算等手段从旋翼挥舞运动和转速变化等角度对自转旋翼气动特性进行了分析。国内针对自转旋翼气动特性也作了一些

5、研究，王焕瑾和高正口妇基于叶素理论对自转旋翼的气动优势和稳定转速进行了研究；朱清华[121采用叶素理论和试验相结合的手段，对自转旋翼的气动特性进行了研究；崔钊等口胡采用计算流体力学(Computa—tionalFluidDynamics，CFD)方法对加装格尼襟收稿日期：2014．12．10；退修El期：2015—02—12；录用Et期：2015—03-13；网络出版时间：2015-03·2310：04网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／deta¨／111929．V．20150323．1004002html基金项目：国家自然科学基金(11202097)；航空科学基

6、金(2013ZA52014)；江苏高校优势学科建设工程资助项目*通讯作者．Tel：025-84895188E-mail：ljbl01@nuaa．edu．cn引吊椿武IWangJC，TanJF，LiJB．etal．Investigationofautorotatingrotoraerodynamiccharacteristicsbasedonfreewakemethod[J]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica。2015．36(11)：3540-3548I俊超。谭锄锋。李建波．等．基f自由尾迹方法的自转旋翼气动特性研究[JI?航空学报，201

7、5，36(¨)：3540-3548．王俊超等：基于自由尾迹方法的自转旋翼气动特性研究翼的自转旋翼气动特性进行了研究。姬乐强等[143采用叶素理论和试验相结合的手段，对共轴双旋翼的自转气动特性进行了研究。王俊超等[15‘163在研究自转旋翼机的飞行性能和纵向稳定性时，采用了均匀入流模型和Pitt—Peters动态人流模型。前飞时自转旋翼的流场较为复杂，传统的均匀人流模型、线性人流模型以及动态人流模型等都是简单的近似模型，其优点是计算量小，缺点是很难准确计算旋翼的诱导速度场，进而给自转旋翼气动特性的分析带来