高阶谐波控制对旋翼桨-涡干扰载荷和噪声的影响.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJul．252017VOI．38No．7SSN1000-6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．educa高阶谐波控制对旋翼桨一涡干扰载荷和噪声的影响王亮权，徐国华*，史勇杰，夏润泽南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室，南京210016摘要：直升机小速度平飞和斜下降飞行时会产生严重的桨一涡干扰(BVI)噪声。基于修正Beddoes尾迹／桨叶动力学耦合方法和F

2、arassatlA公式，建立了一个新的能够计入高阶谐波控制(HHC)影响的旋翼桨一涡干扰气动载荷和噪声计算模型。在该模型中，高阶谐波控制引起的桨尖涡附加位移通过对高阶人流进行时间积分推导得出，而单一阶次的谐波输入引起的各阶谐波响应通过传递函数来确定，传递函数则由桨叶的动力学特性计算。首先对HART1I旋翼斜下降飞行状态的桨一涡干扰气动载荷进行了计算模拟，验证了所建立方法的可靠性。然后，着重研究了在典型的三阶谐波桨根激励下，不同输入相位对HART1I旋翼桨一涡干扰气动载荷和噪声特性的影响。结果表明：桨叶

3、的动力学特性尤其是扭转特性对高阶谐波控制效果影响显著，且高阶谐波输入的相位选择对桨涡干扰噪声的控制至关重要，若控制相位选择不当，反而会增大旋翼噪声。关键词：高阶谐波控制；直升机；旋翼；桨一涡干扰；气动载荷；噪声中图分类号：V211．52文献标识码：A文章编号：1000—6893(2017)07—520847—10直升机在小速度平飞和斜下降飞行时，桨叶尖部逸出的桨尖涡形成的尾迹停留在旋翼附近，使得桨尖涡很容易与后续的桨叶相互靠近甚至直接碰撞，产生所谓的桨一涡干扰(Blade—VortexIn—terac

4、tion，BVI)现象口]。由于桨尖涡的干扰，会使得桨叶诱导速度发生剧烈扰动，从而改变桨叶剖面上的迎角和气动载荷。在直升机飞行中，桨一涡干扰发生时桨叶与桨尖涡迅速靠近而后立即远离，在桨叶上形成频率很高的非定常载荷脉冲，这是桨一涡干扰噪声的声源。桨一涡干扰噪声不仅会严重增大军用直升机的声可探测性，也会限制民用直升机在城市的大规模使用。因此，研究旋翼桨一涡干扰噪声的抑制方法在理论和实际应用中都具有重要的价值。国外对降低桨一涡干扰噪声已经开展了不少研究，Hardin和Lamkin[21首先从理论上探讨了桨一

5、涡干扰噪声的抑制方法，指出了桨尖涡强度、桨叶剖面上的升力、桨一涡干扰距离等参数对BVI强度的影响。随后，直升机界提出了多种控制BVI噪声的概念，包括高阶谐波控制(HigherHarmonicControl，HHC)，单独桨叶控制(Indi—vidualBladeControl，IBC)和后缘小翼等[3]技术。高阶谐波控制和单独桨叶控制的机理相似，二者区别在于高阶谐波控制的激励器安装在旋翼自动倾斜器下方，各片桨叶桨根处受到的激励完全相同；单独桨叶控制的激励器则位于自动倾斜器上方，各片桨叶可分别施加激励。

6、高阶谐波控制由于其控制律相对简单，成为了近年来的研究热点。高阶谐波控制技术最早被国外学者用于直升收稿日期：2016·10—13；退修日期：2017—02—19；录用日期：2017．02—28；网络出版时间：2017—03．2015：15网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11．1929．V．201703201515．012htmI基金项目：江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(KYLXl6—0389)；江苏高校优势学科建设工程基金*通讯作者．E—mail：ghxu@nuaa．e

7、ducn引用播武tI亮权，徐国华．吏勇杰．等高阶谐波控翻对旋翼桨．涡干扰载荷和噪声的影响[如．航空学报，2017。38(7)：520847。WANGLQ，XUGH，SHIyJ，eta1．Influenceofhigherharmoniccontrolonairloadandacousticsofrotorblade—vortexinteraction【JI．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2017．38(7)：520847i520847．1航空学报机座舱振动水平

8、抑制上，在OH一6A、SA一349、S一76A等直升机上进行的飞行实测表明，HHC最高可以将座舱振动水平降低90％[4。6]。Giov—anetti和Hall将HHC技术用于复合式直升机的性能优化，发现HHC能减小直升机高速前飞时的需用功率口]。Splettstoesser等则在德国一荷兰DNW风洞中进行了BO一105直升机缩比模型的吹风试验[8]，结果表明，HHC同样具有控制旋翼BVI噪声的潜力，适当的高阶谐波控制可以将BVI噪声降低4～6dB。200