14高速自转旋翼空气动力特性综述-李萍(6)

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1、第二十八届（2012）全国直升机年会论文高速自转旋翼空气动力特性综述李萍袁红刚卢雨淇(中国空气动力研究与发展中心，四川绵阳，621000)摘要：通过对复合式直升机进行研究，获得了针对高速自转旋翼空气动力特性的研究成果，给出了飞行速度350～750km/h范围内固定拉力自转状态下旋翼气动特性的计算结果。结果表明这些状态下旋翼转速静稳定。确定了周期变距的控制效率、旋翼建立的阻尼特性及挥舞平面弯曲强度。关键词：高速；自转；旋翼；气动特性；情报研究0引言常规直升机的最大巡航速度通常在300km/h左右,而固定翼飞机的飞行速度可以很高,但需要机场跑道

2、滑跑起落,且不能悬停和低速飞行。因此,如果有一种飞行器能够兼备直升机和固定翼飞机的优点,在军事上将具有重要的用途，这种需求促进了高速直升机技术的研究和发展，力图创造既能保持直升机的垂直起落、悬停和经济性的优势,又能达到飞机的飞行速度。从十九世纪三十年代起，德、法、英、苏（俄）、美等国家，一直在高速直升机研究方面不断探索，已有的技术思路大致有两类。一类是在常规直升机构型基础上，通过设置推进装置和机翼，前飞时为旋翼卸载，改变常规直升机升力和前飞动力均依赖旋翼的飞行原理，构造出复合式直升机。另一类是所谓的转换式直升机，即在悬停和垂直飞行状态以直升

3、机模式飞行，前飞时以飞机模式飞行，旋翼前倾90°，产生前飞的推力，升力主要由机翼产生，从而实现类似固定翼飞机的高速飞行。本文在收集国外高速直升机技术资料的基础上，就复合式直升机进行了情报研究，给出了高速自转旋翼空气动力特性研究情况。提高旋翼机飞行速度就会提出高速飞行中自转铰链旋翼表现的问题，TsAGI的И.Ф.热龙金和В.А.列奥奇耶夫对高速自转旋翼的空气动力特性进行了一系列研究，作者以旋翼理论常规假设，用计算的方法研究了这一问题，考虑定常空气动力和挥舞平面的弯曲。给出了飞行速度350～750km/h范围内固定拉力自转状态下旋翼气动特性的计

4、算结果。计算条件为方位角=90°时桨尖角速度不超过对应M=0.9的值。计算方法详见参考文献[1]，作用在旋翼机上的力见图1所示。旋翼参数为：旋翼直径17.3m；桨叶片数5；挥舞调节系数0.5；桨叶翼型NACA23012；桨叶平面形状为矩形；桨叶弦长0.5m。图1旋翼机的作用力示意图891计算结果及分析1.1旋翼的力和力矩表1给出了不同飞行条件下，旋翼力和力矩系数的计算结果。飞行速度在350～750km/h范围内变化、前进比从0.5～2变化时，随着速度的提高拉力系数也升高，因为转速减小，而拉力本身实际不变；扭矩系数的变化很难分析，因为给定状态

5、接近自转状态，而不是完全对应；旋翼纵向力系数随着速度的提高而增大，但速度提高到750km/h时，有所缓慢，这种可能是因为自转状态下迎角变小所致。飞行速度在650～750km/h范围内变化、前进比=2时，旋翼转速的升高致使拉力系数降低；转速升高和总距角减小致使纵向力系数降低。表1旋翼力和力矩系数的计算结果V(km/h)(1/s)3500.5237°3.5°0.1980.0001420.0244-0.0183-0.001690.005255000.87518.511°3.5°0.2940.001760.0638-0.0485-0.003540.

6、010456501.513.96°4°0.50.002980.098-0.0495-0.00270.00947502125°4°0.663-0.001060.102-0.0338-0.002940.00545700211.24°6°0.7580.002260.1775-0.0389-0.001080.00915650210.43.75°8°0.8850.0007740.373-0.0592-0.002880.0153表2给出了所有研究飞行速度下旋翼扭矩与转速变化关系的计算结果。导数是旋翼自转静稳定性与转速的变化关系。由结果分析可得，所有飞行

7、速度下旋翼转速静稳定，而且静稳定值随着飞行速度提高而变大。表2旋翼扭矩与转速变化关系的计算结果V(km/h)(1/s)（Nm）3507°3.5°21、23、24130、670、562050011°3.5°17.5、18.5、19.5-1440、5400、125906503.75°8°9.4、10.4、11.4-210、760、139406506°4°12.9、13.9、14.9-5220、5160、174007505°4°11、12、14-11770、-1660、232401.2旋翼控制效率对于像自转旋翼机这类的飞行器，当所有升力都靠旋翼建

8、立时，横向控制和平衡只能靠周期变距来保证，所以确定旋翼横向控制的效率至关重要。而纵向控制可以通过水平安定面的升降舵或者可转动水平安定面来保证，所以旋翼纵向变距控制可以通过辅助手段