《高空飞艇螺旋桨车载试验系统设计与验证》.pdf

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1、2015年6月西北工业大学学报June2015第33卷第3期JournalofNorthwesternPolytechnicalUniversityVoI．33No．3高空飞艇螺旋桨车载试验系统设计与验证焦俊，宋笔锋，张玉刚，李育斌(西北工业大学航空学院，陕西西安710072)摘要：针对高空飞艇螺旋桨低雷诺数高马赫数的气动特性，设计了一种车栽试验测控系统，将螺旋桨、电机、电源和测控设备等安装在运输车上，通过改变螺旋桨试验海拔高度改变试验环境大气参数，得到不同密度下的螺旋桨性能。该测控系统使用一种组合式传感器天平，利用基于虚拟仪

2、器的Lab—VIEW开发软件实现了试验数据采集和仪器控制，并根据车载试验的特点提出了车载试验的数据处理方法。通过对比分析车载试验的结果和CFD计算数据可知，二者基本吻合，从而验证了高空飞艇螺旋桨车载试验测控系统的可行性。关键词：高空飞艇；螺旋桨；车载试验；测控系统；虚拟仪器中图分类号：V221文献标志码：A文章编号：1000—2758(2015)03—0369—06高空飞艇具有长期驻空、机动定点、能耗低、安等，并在这些平台上开展了高空飞艇螺旋桨翼型和全性高的特点，近年来成为各国关注和发展的热点。性能试验研究。但是这些试验方案都

3、存在费用螺旋桨具有质量轻、驱动低速飞行的高效性能，能够高，周期长，技术难度大等问题。满足高空飞艇高空长航时飞行对动力推进系统的需本文针对高空飞艇螺旋桨的气动特性，提出了求¨。]。高空飞艇巡航或定点高度一般为20km左利用车载试验技术，将螺旋桨模型及电机、电源、测右的平流层空间，大气密度较低，致使螺旋桨翼型的控系统等安装在经过改装的运输车上，运输车以某雷诺数很低，翼型的附面层转捩、分离等问题较为突一固定速度在平直路面上稳定运行，启动试验系统出j。另一方面，为了弥补平流层大气密度低引起后测量螺旋桨的拉力、扭矩、转速等参数。通过的螺

4、旋桨拉力和功率损失，保证推进系统具有足够改变车速、螺旋桨转速、海拔高度就可以得到高空飞的抗风和推进能力，高空飞艇螺旋桨直径和转速都艇螺旋桨不同密度、转速以及风速下的拉力、扭矩曲较大，导致桨叶叶尖局部马赫数较高甚至出现激波，线。最后通过车载试验结果和CFD计算数据对比进一步加剧了气流分离损失J。分析，从而验证了车载试验测控系统的可行性。在螺旋桨实验方面，如果要同时模拟低雷诺数和高马赫数相似准则制作缩比模型进行风洞实验，1车载试验测控系统设计模型尺寸必须很小，并且要求风洞来流湍流度很低，这给高空飞艇螺旋桨风洞实验带来了很大的困1．

5、1硬件结构难]。同时，由于螺旋桨桨叶受载后的形状和静态高空螺旋桨车载试验系统包括运载平台即运输相比差别很大而气动载荷和相应的结构变形事先未车、试验平台包括试验对象即螺旋桨、电机系统即伺知的，高空飞艇螺旋桨性能试验最好采用全尺寸服电机及减速器、螺旋桨供电系统即发电机及稳压模型。电源，测控系统包括数据测量系统即测量天平、风速为了获得高空飞艇螺旋桨的气动性能数据，国风向仪、温湿压传感器、控制系统即电机控制器以及外已经提出了不少试验方案，例如建设变密度风洞、试验数据处理系统即测控计算机，试验系统结构总APEX飞行试验计划以及螺旋桨高空

6、飞行试验平台收稿日期：2014·10．28作者简介：焦俊(1989一)，西北工业大学博士研究生，主要从事飞行器总体设计研究。第3期搽幡R辑焦俊，等：高空飞艇螺旋桨车载试验系统设计与验证O0OOO稳定，导致试验结果偏差。3)模型本身的模拟偏差。该试验的测量对象是6．8m的螺旋桨，大尺寸的螺旋桨桨叶受载后的形状和静态相比差别很大，气动载荷和相应的结构变形也是未知的。而数值计算过程中是将螺旋桨模型作为刚性体作为计算对象的，因而结果有所偏差。4结论O相对于航空螺旋桨气动性能的风洞试验，高空轧籁螺旋桨试验最主要的难点是需要满足螺旋桨低雷

7、诺l箦篓o数高马赫数的要求。在不同来流迎角、速度和大气密度下，通过进行螺旋桨性能车载测试试验，能够得到螺旋桨的详细性能图谱。本文主要内容有：O1)提出了基于虚拟仪器的车载试验系统，实现前进比b)功率系数对比了系统的硬件构建和软件设计，设计了一种组合式的传感器天平。图11高海拔螺旋桨、试验值与计算值对比2)通过对车载试验系统的外界流场、振动、实际实验条件等影响因素的分析，给出了车载试验过引起的振动干扰，螺旋桨转速高时，产生的气动力较程中的实验方法步骤和结果数据处理方法。大，振动干扰的相对量就很小，螺旋桨转速较低时，3)对车载试验

8、系统进行了验证性实验，完成高螺旋桨产生的气动拉力和转矩较小，试验数据就可空螺旋桨全尺寸实验模型不同海拔高度下的性能实能被振动干扰量掩盖，所以，在大前进比的试验状态验，通过与CFD数值计算方法进行对比，验证了螺下车载试验结果与CFD计算结果误差较大，而小前旋桨车载试验系统合理可