倾转旋翼机旋翼∕机翼气动干扰理论与试验.pdf

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAstrOnauticaSinicaMar．252017VoI．38No．3SSN1000-6893CN11-1929／VhttD：∥hkxbbuaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn倾转旋翼机旋翼／机翼气动干扰理论与试验张铮，陈仁良*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：采用参数化建模方法，建立了适用于飞行力学分析的倾转旋翼机旋翼／机翼气动干扰模型，提出一套简单而准确的干扰区计算方法，得出了干扰区边界的解析表达式，并根据解析式数值积分得到了干扰区的面积，据此给出

2、了过渡过程中旋翼／机翼气动干扰的速度边界。针对上述模型和方法，进行了倾转旋翼不同旋翼总距、前飞速度以及短舱倾角下的旋翼／机翼气动干扰风洞试验，并通过理论计算结果与风洞试验结果的对比验证建模方法的正确性。关键词：倾转旋翼机；气动干扰；干扰边界；解析表达式；风洞试验中图分类号：V212．4文献标识码：A文章编号：1000一6893(2017)03一120196一09倾转旋翼机是一种结合了直升机和固定翼飞行器优势的飞行器。既可以悬停飞行又可以高速巡航。但同时也大大增加了飞行器的复杂性，其中之一就是旋翼与机翼之间的气动干扰。倾转旋翼机旋翼和机翼之间的气动干扰

3、对机翼载荷影响较大。在悬停或小速度平飞状态下，旋翼尾迹几乎垂直冲击机翼表面，机翼表面迎角接近90。，使机翼产生了很大的向下载荷[1。4]，其量值可达到旋翼拉力的10％～15％[1“]，这严重限制了倾转旋翼飞行器的起飞重量及商用载荷。在过渡模式下，发动机短舱向前倾转，旋翼尾流仍然可以到达机翼表面，产生向下的诱导速度，使其产生向下的气动力[4]。因此旋翼／机翼气动干扰不仅会影响倾转旋翼飞行器的悬停性能，还会对过渡模式飞行特性产生重要影响。忽略旋翼／机翼气动干扰会影响整个倾转旋翼飞行器飞行力学模型的准确性[5_8]。倾转旋翼飞行器旋翼／机翼气动干扰的研究方

4、法主要分为2类。第1类是CFD方法。CFD方法可以捕捉流场细节，给出物面压力分布，准确地计算旋翼或机翼气动力。但cFD方法需要大量的计算网格，计算效率较低，难以适应飞行力学分析的需要。第2类方法将机翼表面分为浸入旋翼尾流的干扰区和旋翼尾流之外的自由流区两部分，分别计算这两部分的面积以及气动力，然后累加得到整个机翼在旋翼干扰下的载荷[6’9’20]。这一方法计算效率高，较好地适应了飞行力学计算需要。但干扰区面积的计算需要利用经验公式¨吼9。”‘2⋯，公式中的经验系数因机型而异，例如，XV一15倾转旋翼机假设发动机短舱倾转超过30。或飞行速度大于30m／

5、s时不考虑旋翼／机翼气动干扰凹。10’13]，当机型变化时，上述假设是否合适值得探讨，这降低了方法的通用性。为解决这一问题，本文提出了一种新方法来计算旋翼尾迹在机翼表面形成的干扰区。该方法可以以解析表达式的形式给出干扰区边界，包括确定干扰区面积、展向以及弦向位置。算法中不收稿日期：2016—03—07；退修日期：2016—03—14；录用日期：2016—06—20；网络出版时间：2016-08·2209：55网络出版地址：www．cnkinet／kcms／detail／11．1929．V．201608220955．002．htmI基金项目：国家自然科

6、学基金(11672128)*通讯作者E—maIl=crIae@nuaa．edu．cn}

7、用格武；张铮．睬仁赶．倾转旋翼机旋翼／机翼气动f挽理论与试验!JI．航空学报。2017．38(3)：120196．zHANGZ．CHENRLiThe．oryandt￡《ofrotor／w

8、ngaero-Interactionintijt．∞衙aIfcraft[Jj．ActaAeronaulIcaetAs打onauficas{n}ca，2017．38(3)：120196i120196．1航空学报包含干扰区面积的任何经验系数，可以通用于不同机型。而且不受短舱倾转角和飞

9、行速度的限制，可以分析整个过渡过程内旋翼／机翼气动干扰，提高了方法的通用性。用风洞试验数据验证上述方法的正确性，在此基础上确定了前飞状态下干扰区的边界。1计算方法1．1计算坐标系说明本文共涉及2个右手坐标系，机体坐标系oBXeyeZB和桨毂坐标系0。X。y。Z。。如图1所示，机体坐标系原点0。位于全机质心c处，x轴在全机纵向对称面内，指向机头，y轴垂直于纵向对称面，指向右侧，z轴在纵向对称面内，其方向按右手定则确定。桨毂坐标系原点0H№。。，位于桨毂中心H，其x。轴从方位角o。指向180。，y。轴从右旋旋翼的270。指向90。，Z。轴垂直于桨盘平面，

10、与发动机短舱平行，其方向同样由右手定则确定。桨毂坐标系到机体坐标系之间的坐标转换矩阵B。为rcos胁O—si