基于横流风扇技术的直升机反扭验证

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1、2017年5月第43卷第5期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsMav2017V01．43No．5http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．0394基于横流风扇技术的直升机反扭验证杜思亮1’2，吉孟江1，唐正飞1，陈仁良1’。(1．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．淮阴

2、工学院机械与材料工程学院，淮安223003)摘要：为了提高单旋翼带尾桨直升机的低空飞行安全性，利用横流风扇流动控制技术，设计了一种可以替代单旋翼直升机尾桨的反扭装置。通过风洞试验验证了该装置具有产生侧向力的特性，同时建立了该装置的数值模拟计算方法，得出了横流风扇转速、旋翼下洗流和前飞来流对该反扭装置的气动特性影响较大，初步分析了该反扭装置的侧向力的来源，证明了可以通过控制横流风扇转速来控制反扭装置侧向力的大小，因此应用于直升机的反扭系统是可行的。关键词：直升机；反扭；横流风扇；风洞试验；计算流体力

3、学(CFD)中图分类号：V211．52文献标识码：A文章编号：1001—5965(2017)05．0981—11反扭系统是旋翼类飞行器设计中必须要考虑的因素，一些飞行器为了平衡旋翼的反扭矩，通过安装2个或者多个旋翼，也有一些直接消除了反扭的影响——通过在旋翼桨尖喷气。但是经过这么多年的发展，在尾梁上安装尾桨作为平衡主旋翼扭矩的设计已经非常成熟了。这种单旋翼带尾桨的直升机布局方式，在直升机的结构设计中是很容易实现的，而且对直升机的航向稳定和控制非常的高效。除了这些优点外，露在尾梁外部的桨叶很容易在低

4、空飞行时与地面建筑物以及树木等接触造成飞行事故。根据数据统计，单旋翼带尾桨直升机由于尾桨引发的事故占整个直升机事故总数的15％以上。1‘2o。为了能够消除这种影响，直升机设计师通过将尾桨嵌入至涵道的方式，发展出了涵道风扇尾桨式¨刮的单旋翼直升机。这种直升机的涵道尾桨在内部的旋翼尺寸比较大时的功重比较高，但是受限于所平衡反扭力的大小以及尾梁的尺寸，其设计通常比较紧凑小巧，因而其功率的损耗要较普通尾桨要高。再者，增加的涵道无疑增加了前飞阻力和整机重量，进一步降低了飞行效率。另一种反扭方式为环量控制技术

5、即无尾桨(NOTAR)概念。5。81。这种结构即在尾梁的前端安装一个可以变距的风扇，把尾梁当作涵道并在尾梁末端开狭长缝隙的方式，通过风扇的高速气流和主旋翼下洗流的共同作用下，产生平衡主旋翼的扭力。这种无尾桨直升机发展较为成熟的有MD500、MD600系列直升机，其低空安全性非常好。但是这种控制方式的效率不高，功耗也比较大，还受到专利的保护，所以未被广泛地使用，还在继续优化改进中。近年来横流风扇流动控制技术在航空领域的基础研究又有了深入的发展。以横流风扇为升推力的飞行器——扇翼飞行器。94“，国内外

6、进行了深入的理论分析和试验研究，证明了以横流风扇为升推力的扇翼飞行器具有短距起降、高功率载荷(30kg／kW)、高失速迎角(>600)以及低噪声等优点。基于横流风扇的这种主动加速气流，形成涡致升力／推力的装置，在航空领域的实用化正收稿15t期：2016-05-11；录用日期：2016-06—24；网络出版时间：2016-09-1210：34网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160912．1034．004．html基金项目：江苏高校优势学科建设工

7、程资助项目$通讯作者：E—mail：crlae@nuaa．edu．en引用格式：杜思亮，吉孟江，唐正飞，等．基于横流风扇技术的直升机反扭验证口J．北京航空航天大学学报，2017，43f5)：981—991．DUSL，J1M】，TANGZF，eta1．Helicopteranti-torqueverificationbasedoncrossflowfantechnologyCJ1．JournalofBei—ringUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017

8、，43(5)：981—991(inChinese)．982北京航空航天大学学报2017年在逐步地推进。而基于横流风扇的直升机反扭系统，国外公开的文献资料还比较少。但是与本文所述相似的研究为美国海军研究院提出的一种应用横流风扇作为船舶推进力的系统¨⋯。该推力装置从右侧吸人流体，经横流风扇加速后向左侧喷出，从而产生向右的推进力。该装置的优点是：水流的扰动小，获得的动压高，推进效率比喷水推进器要高，产生的噪音小。本课题组唐敏等¨3。基于该方案，修改了该模型。14’1“，通过数值模拟方法，