基于PIV技术的纵列式双旋翼尾迹特性实验研究

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1、空气动力学学报ACTAAERODYNAMICASINICA文章编号：0258-1825(2012)03-0334-06基于PIV技术的纵列式双旋翼尾迹特性实验研究黄水林，林永峰，黄建萍，李明，刘平安（中国直升机设计研究所直升机旋翼动力学重点实验室，江西景德镇.333001）摘要：将现有单旋翼实验台进行改装，以适合于纵列式双旋翼的实验研究。基于PIV技术•针对悬停和前飞状态下的纵列式双旋翼时的桨尖涡特性进行了测量。通过改变前后旋翼的水平和轴向间距，调整两旋翼之间的重寮区域，研究了不同气动布局纵列式双旋翼干扰状态下的尾迹结构，并与单旋翼逬行了对比.结果表

2、明：悬停状态，随两旋翼纵向间距的增加，桨尖涡的轴向位移也逐渐增大，但桨尖涡径向位移并不是随纵向间距的改变而规律变化.在纵向间距为1.8R附近时最小；而双旋翼轴向间距的变化对桨尖涡的径向和轴向位移均有影响，但变化都不是很大。关键词：直升机；旋翼；纵列式；用迹；桨尖涡；PIV中图分类号:V211.52文献标识码：A*收積日期：2010-10-12；修订日期：2011-08-31作者简介：黄水林（197&）,男，江西省新干县人，工程师，主要研究方向：直升机空气动力学.Email：602hsl@gmail.com0引言宜升机旋翼尾迹几何形状随操纵和流场参数复

3、杂多变⑴，冃旋翼各桨叶的桨尖涡互诱导和自诱导作用引起的尾迹畸变使得旋翼气动特性难以准确计算。对于纵列式直升机，其旋翼尾迹中涡线之间的缠绕更为严重，两旋翼之间相互诱导作用使其气动特性比单旋翼情况更加复杂，要完全通过数值模拟来研究纵列式双旋翼气动特性是很困难的。正如文献［2］指出的那样，旋翼气动性能计算的关键是旋翼尾迹的确定,因此，深入地开展纵列式直升机双旋翼尾迹特性研究具有重要的意义。国外基于PIV对单旋翼桨尖涡进行了不同程度的实验研究。例如，文献［3・4］采用PIV技术测量了悬停状态旋翼的桨尖涡特性，文献［5］则基于PIV技术对悬停时全尺寸和模型直升

4、机旋翼尾迹进行了实验测量。尽管国外在这方面做了比较多的研究，但大多是针对于单旋翼直升机的悬停状态。国内在旋翼桨尖涡实验研究方面也做了一些工作，但基本是对单旋翼尾迹进行了实验测量，且主要是悬停状态。到目前为止，国内外公开文献还没有发表过有关纵列式双旋翼情况时旋翼尾迹特性的文章。为研究双旋翼干扰对其尾迹特性的影响及与单旋翼尾迹的差异，本文基于PIV技术，在纵列式双旋翼模型实验台上，针对悬停和前飞状态下的纵列式双旋翼的桨尖涡特性进行了实验研究。测址了不同气动布局时纵列式旋翼的尾迹结构，并与单旋翼进行对比分析。本次基于PIV技术的纵列式双旋翼•桨尖涡尾迹实验

5、代表着该领域的首次尝试•目的是为纵列式双旋翼气动特性理论计算模型提供依据。1实验设备及模型主要实验设备及模型有：旋翼实验台（两座）、模型桨叶及桨毂（两套）、低速风洞、P1V测量系统等。1.1实验台及旋翼模型实验在南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室的2米级旋翼实验台上进行。实验室原来的实验台（称为主旋翼台）只能用于单旋翼的实验测量，为了适合于纵列式双旋翼，本实验在实验室设备基础上增加了一个简易的旋翼实验台架（称为副旋翼台），构成了一个纵列式双旋翼模型实验系统。纵列式双旋翼实验台如图1所示。在保持转速一致的情况下，调整主旋翼台（后旋翼）的转动方向

6、为顺时针，副旋翼台（前旋翼）的转动方向为逆时针，这样就保证了两旋翼的转速一样且旋向相反。根据风洞的吹风方向，实验时，纵列式的后旋翼置于主旋翼台上•而纵列式的前旋翼安装在副旋翼台ho图1纵列式双旋H模型实验台Fig.1Rotormodelri#fortandemrotors模型旋児的桨毂形式是挥舞覆接式、摆振柔件片。旋转方向：后旋翼为左旋，前旋翼为右旋。转速1200r/m,对应桨尖速度约为128.177m/so旋翼桨叶主耍参数如表1所示.表1離It桨叶主要参数Table1Theparametersofrotorblade2.04兹长/m0.06桨叶片數

7、2实度0.037员扭转/«•）0NACA00151.2旋翼流场PIV测量系统PIV技术本质上是测啟与图像分析技术的一种・它采用时间间隔很短的两个脉冲光源照亮所需要测ht的流场•利用感光器（CCD）将所照明的流场中的示踪粒r记录卜来•再使用计算机进行图像处理得出速度场的信息。图2为PIV测秋系统现场实物图。图2中,双脉冲激光器通过导光臂将激光引导至所需测1S区域的正F方•实验测11时•发岀扇形的片光，覆盖整个测量区域•再通过P1V专用相机进行拍照采样。图2P1V测量系统实物图Fig.2PINmeasurementsystem2实验状态及方法旋翼尼迹测址

8、实显的状态如表2所示。农中・dJR代表纵向间距与旋翼半径之比•而d/R是轴向间距与旋翼半径之比・6表示两旋