后缘襟翼对直升机旋翼翼型动态失速特性的影响

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1、航空学报ActaAeronaut／caetAstronaut／caSin／caMay252013Vot．34No51028—1035ISSN1000—6893ON11一]929／Vhttp：／／hkxbbuaa．educnhkxb@buaa．edu，On后缘襟翼对直升机旋翼翼型动态失速特性的影响刘洋，向锦武*北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191摘要：针对带后缘襟翼的智能旋翼直升机典型襟翼参数对翼型动态失速特性的影响进行了研究。建立了带后缘襟翼的桨叶动态失速模型，考虑了襟翼与桨叶之间的缝隙和襟翼在运动过程中相对桨叶的凸起，采用计算流体力学(CFD)方法，研究

2、了不同襟翼转轴位置和襟翼与桨叶的缝隙情况下的翼型动态失速特性，探讨了后缘襟翼激励幅值、时长和起始时刻对升力和俯仰力矩系数的影响。研究结果表明：后缘襟翼能够较好地改善翼型动态失速时的气流环境，并减缓动态失速发生；襟翼激励最优幅值在25。附近，最优激励范围在方位角为240。～360。之间；襟翼转轴后移导致襟翼运动时产生的凸起会使襟翼控制效果减弱；襟翼与桨叶的缝隙会影响翼型动态失速特性，但是缝隙的长度(弦长的2％以内)对襟翼控制效果的影响很小。关键词：直升机；旋翼；后缘襟翼；动态失速；数值模拟中图分类号：V212．4文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)05—1

3、02808直升机旋翼翼型动态失速决定了直升机的飞行包线、机动飞行性能和直升机的振动水平。桨叶发生动态失速时会大幅增加旋翼的振动水平，从而影响直升机的操纵性能、乘客的舒适性和旋翼的疲劳寿命。如何减缓动态失速发生一直是旋翼设计研究的热点问题。虽然引起动态失速的原理还没有被完全掌握，但是通过降低变距拉杆的载荷可以减缓动态失速发生。高阶谐波控制(HHC)桨叶口]通过高阶谐波的周期变距方法使整个桨盘的受力更加均匀。这种方法推迟了翼型动态失速发生，但是HHC方法主要被用来减小桨涡下扰，对动态失速的改善效果一般。随着智能材料的发展，单片桨叶控制(IBC)方法逐渐成熟[2]。主动控制后缘

4、襟翼可以理想地改善翼型动态失速特性。直升机旋翼桨叶在动态失速时，具有强非线性和非定常特性，无法得到解析解，目前通常借助于半经验的动态失速气动理论，如Leishman—Beddoes模型[31和ONEARL模型n]。但是由于半经验公式具有一定的局限性和准确性。Feszty等[5咱1用二维计算流体力学(CFD)方法研究了后缘襟翼尺寸和运动参数对旋翼动态失速的影响，解释了发生动态失速的一些流场现象。Mishra等一71用CFD与机身固体力学耦合的方法研究了使用后缘襟翼的UH一60A直升机动态失速问题。Gerontakos和Lee[81通过风洞试验研究了后缘襟翼运动对桨叶发生动态

5、失速时桨叶载荷的影响。文献[9]和文献[10]研究了后缘襟翼的运动对桨叶非定常气动力的影响。王荣和夏品奇L1叼研究了多片受控的桨叶后缘襟翼对直升机的后行桨叶动态失速和桨毂振动载荷的控制方法。在襟翼的设计中，为了减少襟翼激励能量的收稿El期：2012—10—11；退修日期：2012—11—27；录用日期：2013—01-24；网络出版时间：2013—03—0114：45网络出版地址：WWW．cnkf．net／kcms／detail／111929V．201303011445004html基金项目：国家自然科学基金(10672011)*通讯作者Tel：010-82338786E

6、-mail：xiangjw@buaaedu．cn礅焉格武：L{“Y，XiangJw．EffectofthetrailingedgeflapOftdynamicstallperformanceofhelicopterrotorairfoilActaAeronaut／caetAs-tronauticaSin，ca，2013，34(5)：1028—1035列滓，廊带武后缘荣翼，对直丹祝崖雾翼型髟杰筅莲稃烂的影响艏窑学报，2D13，34(5)二1028—1035刘洋等：后缘襟翼对直升机旋翼翼型动态失速特性的影响输入，襟翼转轴会偏离襟翼前缘，使襟翼前缘在运动时相对桨叶有凸起和缝隙n

7、2。1“。即便在设计中将襟翼转轴置于襟翼前缘，但是在生产制造时难免会出现襟翼与桨叶之间的缝隙[1“。文献[5]、文献E6]、文献[9]和文献[10]的研究虽然较准确地描述了后缘襟翼的物理模型，但都忽略了桨叶与襟翼之间的缝隙和凸起。通过Jose等口5‘1阳的研究表明，缝隙和凸起对桨叶气动特性的影响不可忽略，因此有必要开展关于后缘襟翼带缝隙和凸起情况下翼型动态失速控制的研究。本文基于二维CFD方法研究了带后缘襟翼旋翼的动态失速问题，针对襟翼和桨叶之间带缝隙和襟翼前缘相对桨叶有凸起的情况，分析了后缘襟翼运动参数和结构参数对动态失速特