旋翼∕平尾气动干扰对直升机配平特性的影响分析

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1、2016年11月北京航空航天大学学报November2016第42卷第11期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．42No．11http：∥bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0770旋翼／平尾气动干扰对直升机配平特性的影响分析谭剑锋1一，吴超2，王浩文3，林长亮4(1．南京工业大学机械与动力工程学院，南京211816；2．南京航空航天大学航空宇航学院，南京210016；3．清华大学航天航空学院，北京100084；4．中航

2、工业哈尔滨飞机T业集团有限责任公司飞机设计研究所，哈尔滨150066)摘要：旋翼／平尾气动干扰建模是直升机全机配平模型和飞行动力学模型的核心内容。常规全机配平模型主要通过旋翼下洗流或诱导速度等方式间接考虑旋翼对平尾的气动干扰作用，但未充分考虑旋翼对平尾非定常气动干扰产生的非线性气动载荷，因而仍难于准确体现旋翼／平尾气动干扰对全机配平特性的影响。为此本文基于非定常面元／黏性涡粒子法，通过在平尾面元中增加由旋翼和平尾尾迹时变干扰产生的非定常压力项，建立旋翼／平尾气动干扰模型，直接计算平尾非线性气动载荷，并耦合基于GA／LM混合优化的直升机全机配平方法，构建旋翼／平尾气动干扰作用下的直升机全机配平特

3、性分析方法。通过计算UH-60A直升机的旋翼操纵量和机体姿态，并与试验测试值对比验证本文方法的准确性。通过与基于诱导速度考虑旋翼／平尾气动干扰的直升机配平结果比较表明，后者难于体现直升机低速纵向操纵量和机体俯仰角突增现象，而本文方法能较好地体现直升机低速纵向操纵量和机体俯仰角突增，且与OH-6A、EH一101等试验测量的特性一致。研究不同平尾构型对旋翼／平尾气动干扰下直升机全机配平特性的影响，分析表明低平尾产生较大的低速纵向操纵量突增，而高平尾则增加高速纵向操纵量；前置平尾产生较大的低速纵向操纵量突增，右旋直升机的右置平尾有利于减小低速纵向操纵量突增和机体俯仰角。关键词：平尾气动；黏性涡粒子法

4、；直升机配平；旋翼操纵；机体姿态中图分类号：V211．52文献标识码：A文章编号：1001—5965(2016)11．2349加9直升机低速飞行特性对于武装直升机和运输直升机具有重要作用，同时也是直升机飞行动力学和空气动力学的研究重点和难点之一⋯。由于全尺寸直升机风洞试验难度较大，而理论分析仍然难于准确模拟低速前飞状态下的直升机非定常气动干扰特性，从而降低飞行动力学模拟分析精度。过去40多年间，众多技术先进的直升机(UH-60A旧J、AH．64¨1、EH．101M1和NH-90¨o)均存在纵向操纵问题，国内于2012年对某型号直升机试飞表明低速前飞状态下存在显著的机身抬头现象¨1，而这些问题均

5、与旋翼／平尾气动干扰对直升机全机配平和操纵特性影响直接相关，由此准确分析旋翼尾迹与平尾气动干扰对直升机全机配平特性的影响就显得至关重要。直升机飞行动力学建模是分析全机配平特性的基础，且气动干扰建模是直升机飞行动力学模型和全机配平特性分析的核心内容之一。基于准定常假设，早期飞行动力学模型中的旋翼气动力忽略尾迹对诱导人流和非定常气动载荷的影响⋯，因而主要用于直升机全机配平和稳定性分收稿13期：2015—11—23；录用13期：2016-01-27；网络出版时间：2016-04．1315：26网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160413．152

6、6．004．html基金项目：国家自然科学基金(11502105)；江苏省自然科学基金(BK20161537)；江苏省普通高校自然科学研究计划(15KJBl30004)$通讯作者：Tel．：025—58139357E-mail：Jianfengtan@njtech．edu．en引用格式：谭剑锋，吴超，I浩文，等．旋翼／平昆气动干扰对直升机配平特性的影响分析Ij]．北京航空航天大学学报，2016．42(11)：2349-2357．TANJF，WUC，WANGHW，eta1．Analysisonintluenceofrotor／empennageaerodynamicinteractiononhe

7、licoptertrimcharacteristictj]．JoumalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2016．42(n)：2349．2357(inChinese)．2350北京航空航天大学学报2016年析。随着直升机对飞行品质的要求提高，建立包括旋翼人流动态特性的高阶直升机飞行动力学模型得到逐步发展¨。1⋯，旋翼气动力模型普遍采用