直升机旋翼流场特性PIV试验分析

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1、总第170期2012年第1期直升机技术HELICOPTERTECHNIQUETotalNo．170No．12012文章编号：1673．1220(2012)01-006-05直升机旋翼流场特性PIV试验分析李春华1，曹金华2，吴裕平1(1．中航工业直升机设计研究所，江西景德镇333001；2．总参陆航部驻景德镇地区军事代表室，江西景德镇，333002)摘要基于PIV技术对悬停和前飞状态的模型旋翼流场进行了试验研究，对比分析了不同前飞速度、总距、转速、方位等条件下的旋翼速度场和桨尖涡运动，获得了在悬停和前飞条件下旋翼流动特性，为旋翼非定常流动机理研究和桨叶气动设计提供试验支持。关键词直升机；旋

2、翼；流场试验；PIV中图分类号：V211．5文献标识码：APIVExperimentalInvestigationonFlowFieldforHelicopterRotorLIChunhual，CAOJinhua2，WUYupin91(1．ChinaHelicopterResearchandDevelopmentInstitute，Jingdezhen，333001，China；2．ArmyAviationRepresentativeOfficeofGeneralStaffinJingdezhen，Jingdezhen，333002，China)AbstractParticlelinage

3、Velocimetrytechnique(PIV)wasappliedtotheexperimentsofflowfieldformodelrotorforhoverandforwardflight．Thegeometriesofbladetipvortexanddistributionsofinducedvelocitiesweremeasuredfordifferentadvanceratio，collectivepitch，rotationalspeedandazimuthangle，andtheaerodynamiccharacteristicsofrotorforhoverand

4、forwardflightwereob—tained．Theexperimentalresultswerefoundationsoftheflowmechanismanalysisandrotorbladede—sign．Keywordshelicopter；rotor；flowfieldexperiment；PIV0引言旋翼是直升机的关键部件，其流场特性与直升机性能、载荷、振动、品质和噪声等密切相关‘1

5、，是直升机空气动力学必须解决的关键问题之一，也是直升机研制的基础。在当前旋翼非定常理论分析存在困难的情况下，PIV试验∞3是旋翼流场特性研究的关键技术手段之一。欧美各国在旋翼流场试验研究

6、方面取得了较好的进展。4引，尤其是随着激光测速技术的日益成熟，已发展成为复杂流动研究的重要手段。借助于LDV和PIV技术，国外开展了一系列旋翼流场试验15引，获得了大量的旋翼桨尖涡结构和发展历程的试验数据，并以此修正和改进了自由尾迹、CFD等收稿日期：2011．1I-01作者简介：李春华(1978一)，男，江西遂川人，博士，高级工程师，主要从事直升机空气动力学研究。2012年第1期李春华，曹金华，吴裕平：直升机旋翼流场特性PIV试验分析·7·旋翼非定常分析方法"剖。而在国内，PIV技术目前主要应用在定常流方面的试验研究归J，对于旋翼非定常流场的试验分析开展得相对较少。本文针对高性能的模型旋

7、翼开展了在悬停和前飞状态下的旋翼PIV试验研究，获得了不同试验条件下的旋翼诱导速度分布以及桨尖涡的运动轨迹，为旋翼非定常流动研究提供试验支持。1试验设备与模型1．1旋翼模型模型旋翼桨叶的桨尖形状为抛物线后掠型，4m直径，实度0．1，桨叶平面形状见图1。图1模型旋翼示意图1．2主要试验设备1)PIV系统：包括照明激光器、同步控制器和高速数字相机。2)似m旋翼机身组合模型试验台‘7』：由台架系统、动力系统、测量系统、操纵控制系统、主轴倾斜系统、数据采集处理系统、监视报警系统及振动监视系统等组成。3)粒子发生器-9o及粒子扩散装置：粒子发生器主要由液体供应系统、温度控制系统、压缩气供应系统以及蒸

8、发器组成旧J。粒子制备上采用技术成熟的乙二醇／丙二醇粒子制备方案。4)粒子投放移测架：为Y、Z向两自由度移测架，安装电控系统，便于精确控制和定位，可满足旋翼流场粒子投放要求。5)六自由度移测架：由于测量位置变化，前飞试验时用到六自由度移测架，激光器或摄像头安装在姿态调整机构上，可实现o【、p、1的变化。在安装摄像头的机构上，可适当调整摄像头位置，以保证最佳的图像捕获效果，位置确定后，姿态调整机构在调整角度过程中保持激光器