一种单旋翼复合式直升机性能特性.pdf

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1、2016年4月第42卷第4期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsApril2016V01．42No．4http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu。caDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0267一种单旋翼复合式直升机性能特性曹飞，陈铭+(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100083)摘要：为研究复合式直升机性能变化特性，构建了复合式直升机各气动部件数学模型组成的

2、性能计算模型。以该计算模型为基础，通过不同的飞行条件约束，建立了复合式直升机的过渡飞行边界，研究了复合式直升机在边界内通过不同飞行路线从悬停模式到高速模式的飞行功率变化特点，分析了旋翼转速、前飞速度以及旋翼和机翼升力分配关系等参数对高速性能的影响。研究结果表明，复合式直升机从悬停模式过渡到高速模式通过旋翼卸载给机翼可降低飞行功率，且通过减小旋翼转速卸载比来减小旋翼总距卸载更为有效。但在过渡到高速模式时复合式直升机的旋翼转速也不能过低，过低的旋翼转速可能会增加飞行需用功率，同时也会对模型的配平产生影响，并且造成配平计算过程

3、的迭代不收敛。关键词：复合式直升机；数学模型；过渡边界；功率；卸载中图分类号：V275文献标识码：A文章编号：1001-5965(2016)04-0772—08随着直升机在军用及民用领域的应用需求越来越大，人们对其性能要求也越来越高，虽然垂直起降、悬停是直升机的自身优势，但其速度、航程和升限等性能却远不及固定翼飞机。人们追求的直升机的高速度、远航程和高升限已成为未来直升机发展的必然趋势，其中采用变转速复合式直升机布局已成为一种有效的解决方式⋯。最早的复合式直升机是美国McDonnell公司于20世纪50年代初设计制造的X

4、V．1飞机，其在悬停、低速时以直升机模式工作，前飞速度提高到一定值时，旋翼可进入自旋状态，当前飞速度继续提高时，旋翼转速降低并逐渐卸载，此时由机翼承担大部分升力。XV一1飞机采用了许多新颖的设计概念，其中之一就是旋翼变转速设计，其在固定翼模式下旋翼转速降至一半，只承担飞机20％的质量。由于飞机显著降低了旋翼转速，前飞时飞机的阻力明显减少，同时推迟了后行桨叶的气流分离和前行桨叶的激波问题。而这种较低的旋翼转速和较高的前飞速度使复合式直升机产生的前进比要远远高于普通直升机心。。复合式直升机的概念虽然出现较早，但它一直是世界直

5、升机领域的研究热点，近年来随着变转速旋翼技术在直升机技术领域的广泛应用，使得越来越多的科研人员又开展了变转速复合式直升机技术的相关研究。目前，国外已经开展了有关该种飞行器总体参数设计"。、外形参数优化设计H剖以及操纵和稳定性能分析旧41的研究。并且最近的研究表明，一种变转速串列式复合式直升机布局也已成为未来重型直升机的主要候选者之一¨⋯。但目前国内有关变转速复合式直升机的相关研究报道较少，主要还是针对单独的变转速旋翼性能p删和机翼／旋翼气动干扰方面⋯训的研究。然而近几年国内航展不断展示出的复合式直升机概念模型说明，该种布

6、局飞行器已引起国内直升机领域的研究重视。本文主要根据该种飞行器的飞行特点，通过收稿日期：2015-04-28；录用日期：2015-07-03；网络出版时间：2015-09—1710：39网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150917．1039．003．html$通讯作者：E-mail：chenming@buaa．edu．cn引用格式：曹飞，胨铭．一种单旋翼复合式直井机性能特性口J．北京航空航天大学学报，2016，42似)：772．779．CAOF，CHENM．Perf

7、ormancecharacteristicsofsinglerotorcompoundhelicopter[JJ．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2016，42(4)：772—779(inChinese)．第4期曹飞，等：一种单旋翼复合式直升机性能特性773结合旋翼、机翼和螺旋桨等部件的力学模型，以样例复合式直升机为分析对象，研究其前飞速度、旋翼转速以及机翼与旋翼升力分配关系等参数变化对飞行器性能的影响，并对其特有的过渡飞行状态进行分析，为复合

8、式直升机的设计提供理论支持。1复合式直升机模型建立本文以一种单旋翼带尾桨、安装机翼与推进螺旋桨的复合式直升机为分析对象，该种构型相对其他复合式飞行器构型简单，可以在现有普通直升机的基础上进行改进设计，相对新机型的开发其风险低，投入低，效益明显。与其类似的构型还有美国洛克希德公司的“夏延”复合式直升机。1．1旋翼模型旋