变转速旋翼直升机性能及配平研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJun．252013V01．34No．61241．1248ISSN1000．6893ON11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．CRhkxb@buaaeduCB变转速旋翼直升机性能及配平研究韩东*南京航空航天大学航空宇航学院，江苏南京210016摘要：为研究变转速旋翼直升机性能及配平特性，本文以旋翼动力学综合模型为基础，研究了样例变转速旋翼直升机旋翼需用功率随旋翼转速、前飞速度、起飞质量和飞行高度的变化，以及旋翼总距、纵横

2、向周期变距和桨轴纵横向倾斜角随旋翼转速和前飞速度的变化关系。研究结果表明，降低旋翼转速可明显降低旋翼需用功率，有利于提高直升机航时、航程和升限等性能指标。旋翼转速变化对直升机配平影响明显，配平限制了旋翼工作于过低的转速，另一方面，旋翼转速过低反而有可能增加旋翼的需用功率。旋翼总距和纵横向周期变距随旋翼转速的降低而加大，旋翼桨轴的纵向倾斜角随转速变化不大，横向倾斜角随旋翼转速的降低而减小。关键词：直升机；旋翼；变转速；功率；配平中图分类号：V212．5文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)06124108

3、直升机由于能在狭小的范围内垂直起降，在抗震救灾、海上急救、消防、资源探测和军事等方面用途广泛。航时、航程、速度和升限等性能指标不高一直是困扰直升机界的一个难题。为提高直升机效率和性能，不同于一般固定旋翼转速直升机，旋翼变转速技术提供了一种可行且有效的技术途径口。2]，特别适用于长航时、大航程、高升限和高速等直升机。降低旋翼转速同样也可减小旋翼噪声，提高发动机、动力传动和减速器等零部件的寿命。XV一15倾转旋翼机和鱼鹰倾转旋翼机V一22的旋翼均有两个工作转速[3]。美国正在研制的A160长航时无人直升机，采用了最优转速旋

4、翼技术后，试验航时已接近20h。3种不同构型的下一代重型运输直升机的技术方案均采用了旋翼变转速技术[4]。Germanowski等bo对比研究了几种不同型式的运输型倾转旋翼机，指出旋翼变转速和变直径技术优于定转速旋翼技术。西科斯基公司正在研制的X2演示验证机16。7J，通过降低前飞时刚性旋翼的转速来减小前行桨叶桨尖速度，延缓激波影响，进一步提高直升机最大前飞速度。从目前几种已装备和正在研制的直升机所采用的旋翼技术可见：旋翼变转速技术将是旋翼技术研究和发展的热点和趋势之一。近年来，随着旋翼变转速技术在V一22倾转旋翼机上

5、的成功实现，再加上几种正在研制的新直升机均采用了此项技术，越来越多的研究人员开展了变转速旋翼技术的相关研究。ProutyLll研究了变转速旋翼直升机的总体性能，研究表明旋翼变转速设计可明显提高悬停升限、航时、航程和速度等性能指标。Steiner等凹1研究了旋翼变转速技术对直升机性能和配平的影响，旋翼转速限制在±15％全转速范围以内，研究表明旋翼降低转速可明显提高直升机性能。Berry和Chopra在风洞中测量了模型变转速旋翼的性能和振动载收稿日期：2012．07．02；退修El期：2012—07—26；录用日期：201

6、2-09-26；网络出版时间：2012—10-2914：56网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／111929．V．201210291456001．html基金项目：航空科学基金(2011ZA52004)；直升机旋翼动力学国家级重点实验室基金(9140C400601120C4001)；南京航空航天大学引进人才科研启动基金(56YAHll012)*通讯作者．Tel：025—84896444E—mail：donghan@nuaaeducn；

7、用格武tHanDStudyontheperformance

8、andtrtmofhelicopterswithvariablespeedrotorsActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2013．34(6)：124I一1248．韩东变转速旋翼直井机性能及配平研究．航空学报．2013，34(6)：1241—1248．航空学报荷[9]，测试表明降低旋翼转速有助于降低旋翼需用功率。Datta等口叩进行了旋翼低转速高前进比时的气动机械特性试验，结果发现后行桨叶逆弦长方向有动态失速现象。Kang等nu对比了多种旋翼变体技术对旋翼性能的提升，研究表明旋翼变转

9、速带来的直升机性能提升明显优于其他几种方式。国外对变转速旋翼的性能和配平的研究主要集中在转速变化对性能的提升和对配平的影响上。目前，国内在有关变转速旋翼方面研究报道较少。为研究长航时直升机旋翼转速大范围变化对其性能和配平的影响，本文在旋翼动力学综合模型的基础上，引入直升机前飞配平模型，以类似A160长航时无人直升机的样例直升机为分