改进型CLOR桨尖旋翼气动特性试验研究及数值分析

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1、航空学报Feb．252013V01．34No．2235．245ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000．6893CN11-1929／V============================—====—====一http：#hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn改进型CLOR桨尖旋翼气动特性试验研究及数值分析王博，招启军*，赵国庆，徐国华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：通过风洞试验及数值模拟对

2、具有改进型CLOR(CLOR_11)桨尖的旋翼悬停和前飞状态气动特性开展研究。在CLOR桨尖旋翼试验及数值分析的基础上，考虑旋翼非定常流场特点，兼顾旋翼悬停和前飞气动性能，对旋翼桨叶的气动外形进行了改进，主要包括采用多种翼型优化配置以综合改善旋翼前行侧压缩性及后行侧桨叶失速特性，并考虑旋翼前飞状态对其桨叶动力学特性的需求，重新设计了桨尖前后缘的外形。在风洞中分别对3种旋翼进行多种状态条件下的试验研究，为从流动细节上获得不同桨尖旋翼的气动特性差别，采用计算流体力学(CFD)方法对试验状态进行了数值模拟对比。对

3、更高转速状态进行模拟，结果表明相对于其他两种旋翼，CLOR-Ⅱ桨尖旋翼在改善跨声速特性和提高失速迎角等方面具有明显优势，而且综合提高了旋翼悬停和前飞气动性能。关键词：气动特性；旋翼；试验；新型桨尖；直升机；计算流体力学中图分类号：V211．52文献标识码：A文章编号：1000-6893(2013)02一0235—11直升机飞行时所需的升力和机动力主要来源于旋翼[1]，因此高性能的旋翼是现代直升机的重要标志和核心技术。随着旋翼设计、材料和制造技术的提高，目前世界上装备生产的直升机已经部分或者全面地抛弃了传统直

4、升机旋翼的矩形、线性扭转和简单翼型配置的设计方案[2‘5]。为改善旋翼气动性能，国内外进行了大量的试验[6。83和理论研究[91¨。研究表明虽然由于“桨尖损失”效应，桨尖并非旋翼升力的主要产生部位，但其外形对旋翼的升力分布及扭矩有着重要影响口]，因此旋翼桨尖气动外形一直是直升机旋翼技术研究的重点和难点。桨尖气动外形最直接的影响在于旋翼桨尖脱出的强烈桨尖涡和前飞时桨尖部位的激波现象，前者对旋翼人流有诱导作用，因此会对桨叶升力分布产生显著影响；后者导致的阻力发散会急剧增加旋翼扭矩从而限制旋翼的飞行包线。早期的研

5、究主要采用试验方法卟1和传统理论模型[9’12

6、，如动量理论、叶素理论和涡流理论等。然而这些方法在对激波及桨涡于扰(BVI)等复杂的非定常流动现象进行分析时显示出不足，因此关于桨尖外形对旋翼气动特性影响的机理研究并不充分，甚至部分研究结论存在分歧[3’7]。目前，随着计算流体力学(CFD)方法的快速发展，采用高精度数值方法分析设计高性能旋翼桨尖已经成为新的研究热点[13

7、。英国采用试验与数值模拟技术相结合的方法设计出BERP(BritishExperimentalRotorPro—gramme)系列桨尖(装

8、配该旋翼的直升机创造并保持了直升机飞行速度的世界纪录)[7]，其中最新收稿日期：2012．02-29；退修日期：2012-03-26；录用日期：2012—07—09；网络出版时间：2012-08·2820：00网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／111929．V．20120828．2000．006．htnlI基金项目：国家自然科学基金(10872094)÷·通讯作者．Tel．：025—84893753E-mail：zhaoqijun@nuaaedu．CR引用褡武lWan98．Zh

9、aoQJ。ZhaoGQ．etal．Experimentalresearchandnumericalanalys『s017aerodynamiccharacteristicsofrotorswithimprovedCLORblade-tip．ActaAeronauticaetAstronauticaSinicat2013。34(2)：235-245．I博，招启军t赵国庆，等．改进型CLOR桨尖旋翼气动特性试验研究及数值分析．航空学报，2013t34(2)：235-245．236航空学报Feb．252013V0

10、1．34No．2的BERPIV桨尖已经在最新的EHl01上使用，据报道，其悬停功率降低了5％，巡航功率降低了10％～15％。美国将已有的UH-60“黑鹰”直升机进行技术改造，特别是对主旋翼气动外形进行了重新设计[1“，推出了最新一代的UH一60M，其主要改进的内容为：增加桨叶宽度，在原有的后掠桨尖外形上增加下反角，改进后的有效载荷增加了532kg，有效提升了旋翼的气动性能。欧洲的“虎”式直升机旋翼气动外形也设计了