倾转三旋翼飞行器地面效应风洞试验

《倾转三旋翼飞行器地面效应风洞试验》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaSep．252015Vol36No92884—2891lSSN1000—6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．CRhkxb@buaa．edu．ca倾转三旋翼飞行器地面效应风洞试验陈坤，史志伟*，孙加亮南京航空航天大学航空宇航学院，南京210016摘要：倾转旋翼飞行器在近地悬停或低速前飞时有明显的地面效应，对飞行器的气动载荷有强烈影响。针对倾转三旋翼(TTR)飞行器的地面效应问题，采用0．5的缩比模型，在低速回流式开口风洞中设计了可移动地面平台，模拟TTR飞行器悬停和低速前飞

2、时的离地高度，利用杆式天平测量机体所受载荷大小并使用粒子图像测速(PIV)技术捕捉机体下方的动态流场。试验结果表明：当TTR飞行器悬停离地高度在1．25倍旋翼直径以下时，地面效应影响显著，机体受到的最大上载荷约为旋翼总推力的4％，并观测到明显的涡旋喷泉流现象；在低速前飞状态，受旋翼尾流和前向来流影响，相对于悬停状态机体所受上载荷明显减小，喷泉流中心后移。试验结果对TTR无人飞行器动力系统选择，控制增稳系统设计以及借助地面效应优势提高承载能力具有一定参考价值。关键词：倾转三旋翼；悬停；低速前飞；地面效应；风洞试验；粒子图像测速中图分类号：V211．7文献标识码：A文章编号：1000—6

3、893(2015)09—2884—08倾转旋翼飞行器(如美国的V22，以色列的Panther)在悬停或低速前飞时处在非常复杂的气动环境中，旋翼尾流会对处在其下方的机翼和机身施加一个下载荷(Download)；在接近地面悬停或低速前飞时，气动干扰会变得更加复杂，旋翼产生的向下气流遇到地面后会向上运动，并在机身下方汇合形成喷泉流，对机体施加向上的作用力，此时飞机同时受到下载荷和上载荷(Upload)的作用u。5]。旋翼、机体和地面的相互干扰会影响旋翼的性能、机体上的载荷变化以及噪声辐射[6]。研究分析倾转旋翼飞行器的地面效应，可以深入理解倾转旋翼飞行器的悬停和低速前飞性能。Polak等[

4、73通过利用流动显示技术分析V22缩比模型的喷泉流现象，发现全展长模型比半展长模型喷泉流更强，循环区域也更大；Lestari等[80对有地面效应和无地面效应的倾转四旋翼(QuadTilt—rotor，QTR)飞行器在悬停状态下进行了一个初步的计算流体力学(CFD)研究，在无地面效应下，研究发现机身上产生总旋翼推力的9％的下载荷，流场也是极其不稳定，并在机翼的上表面观察到涡旋喷泉流；在有地面效应情况下，下载荷变成了总旋翼推力0．5％的上载荷。贝尔直升机公司的Wood等∽1进行关于QTR悬停试验的研究。试验使用一个0．07的缩比模型，安装在一个5自由度的支点上，能够分别测量模型所受的升力

5、、阻力、侧滑力、俯仰力矩和滚转力矩。当模型离地高度是旋翼直径的0．78倍时，产生总旋翼推力5％的上载荷，并通过烟雾观测到机身下方的喷泉流。Gupta和Baeder[1旷113对一个简化了的QTR模型在有地面效应和无地面效应下的悬停和低速前飞的特性运用CFD进行了研究，计算结果表明：在没有地面效应低速前飞时，观察到收稿日期：2014．09—28；退修日期：2014．11-20；录用日期：2014—12—18；网络出版时间：2015—01-0710：41网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／S1000—6893．20140353htmI基金项目：江苏省普通高校研究生

6、科研创新计划项目(KYLX一0217)；江苏高校优势学科建设工程资助项目*通讯作者Tel．：025—84896464E-mail：szwam@nuaaeduCR瓢用搭武

7、ChenK．ShiZW．SunJL，Groundeffecttestoftritilt-rotoraircraftinwindtunnelEJJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2015．36(9)：2884-2891．睬坤．吏志伟．孙加亮．倾转三旋翼飞行器地面效应风涌试验!旬航空学报．2015．36(9)：2884-2891i陈坤等：倾转三旋翼飞行器地面效应风洞试验机翼下载荷

8、减小；若在有地面效应时低速前飞使上载荷也减小了。目前，国内有关倾转旋翼飞行器地面效应的文献尚不多见。国外关于倾转旋翼飞行器的地面效应试验，通常有一定局限，或是仅选择悬停状态没有考虑低速前飞状态，或是没有同时对机体载荷和流场进行测量[1}18]。本文在总结国外研究人员工作的基础上，针对倾转三旋翼(TriTilt—rotor，TTR)飞行器，设计了一套相对完整的风洞试验方案，探索TTR飞行器在悬停和低速前飞状态下机体上的载荷变化以及机体周围的流场情况。该试验方