旋翼桨涡干扰噪声开环桨距主动控制研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnau“caSinicaNov．252014V01．35No．112901．2909ISSN1000-6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．eduCR旋翼桨涡干扰噪声开环桨距主动控制研究冯剑波，陆洋*，徐锦法，王超南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室，江苏南京210016摘要：直升机在斜下降飞行时旋翼产生的桨涡干扰(BVI)噪声十分严重，桨距主动控制是降低旋翼BVI噪声的有效手段之一。为摸索其对旋翼BVI噪声的影响规律并阐释其机理，开展了开环桨距主动

2、控制对旋翼BVI噪声的影响研究。建立能够计人开环桨距主动控制的旋翼自由尾迹模型，并结合翼型气动力模型及基于Fw—H(FfowcsWilliams-Hawkings)方程的旋翼载荷噪声计算模型，建立旋翼BVI噪声开环主动控制模型。以40％缩比的4桨叶BO-105直升机模型旋翼为算例，在风洞配平状态下开展开环桨距主动控制对旋翼BⅥ噪声的影响研究。通过分析算例旋翼在不同相位、幅值的桨距主动控制下的BVI噪声声压级、桨盘气动载荷及桨盘迎角分布，总结出开环桨距主动控制影响旋翼BV]噪声的规律，并初步阐释了其机理：适当的桨距主动控制可改善桨盘迎角分布，降低桨涡干扰位置附近的桨叶气动

3、载荷，从而降低BVI噪声。关键词：直升机；旋翼；桨涡干扰；噪声；自由尾迹；主动控制中图分类号：V211．52文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)11-2901—09直升机在飞行时旋翼桨叶会拖出强烈而集中的桨尖涡，随飞行状态不同，可出现旋翼桨尖涡与后续桨叶靠近通过或直接碰撞，即桨涡干扰(Blade—VortexInteraction，BVI)。当直升机斜下降飞行时，可出现严重的BVI现象，产生强烈的BVI噪声，且强BVI噪声一旦出现，便成为直升机噪声的最主要成分。由于人耳对处于中频段的旋翼BVI噪声较为敏感，过大的噪声会导致军用直升机易于被发现，民用直升

4、机在城区使用时产生严重的噪声污染[1]。因此旋翼BVI噪声降噪研究一直是直升机气动声学领域的研究重点。为降低旋翼BVI噪声，该领域研究者采用了新型旋翼翼型、降低旋翼转速以及选用先进桨尖等方法口]，一定程度上降低了旋翼BVI噪声。如美国国家航空航天局(NASA)Langley研究中心的Brooks[3]和Hoad[41通过试验研究发现S型桨尖可以防止集中涡的形成，但其对严重的BVI峰值噪声的降低并不显著。德国学者在其先进技术旋翼计划中发现：通过降低旋翼转速可以降低1dB左右的BVI噪声∞]。需要指出的是：上述方法均属于被动降噪措施，为进一步降低BVI噪声水平，近些年来一些

5、学者开始研究利用桨距主动控制方法降低旋翼BVI噪声。事实上，桨距主动控制方法最早是用于降低旋翼振动载荷的。后来研究者发现桨距主动控制方法不仅可以降低旋翼振动载荷，若选取适当的桨距频率、幅值和相位，其降低旋翼BVI噪声的效果也很明显。1987年，NASALangley研究中心的Hardin和Lamkin[6]首次提出了利用桨距主动控制技术降低旋翼BVI噪声的概念，并开展了初步的理论研究。随后各国学者陆续针对该技术收稿日期：2013-12．09；退修日期：2014—03—05；录用日期：2014—04—08；网络出版时间：2014—05—0112：37网络出版地址：WWWc

6、nkinet／kcms／delail门07527／$1000—6893．2014．0045html基金项目：国家自然科学基金(51375229)；南京航空航天大学青年科学创新基金(NS2013002)*通讯作者．Tel：025—84893262E—mail：luyang@nuaa．educn§

7、用格武lFengJB．LuY．XuJF．eta／．Researchontheeffectofopen—loopactiveblade-pitchcontrol∞rotorBVlnoisealleviation(JJ．Ac-taAeronauticaetAstronauticaSi

8、nica。2014。35(¨)：2901-2909．冯蓟渡．陆洋．徐镛法．等．旋翼桨涡干扰噪声开环桨距i动控割研究[J]．航空学掇，2014，35(11)：2901-29092902航空学报Nov．252014V01．35No．11开展了大量相关研究。1989年，NASALangley研究中心的Brooks等[73在跨声速风洞中进行了桨距主动控制对降低BVI噪声的影响试验，试验结果表明：低速下降飞行时，恰当的40(n为旋翼转速)桨距控制可以降低4～5dB的BVI噪声。1994年，德国宇航院的Splettstoesser等∞1的风洞试验结果