直升机旋翼对尾桨非定常气动载荷的影响.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinica0ct．252015VoI．36No．103228．3240ISSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：Hhkxb．buaaedu．cnhkxb@buaa．edu．cnDOI：10．7527／S1000—6893．2015．0024直升机旋翼对尾桨非定常气动载荷的影响谭剑锋*南京工业大学机械与动力工程学院，南京211816摘要：悬停和侧滑状态的直升机主旋翼桨尖涡将穿透尾桨桨尖平面，由此导致尾桨非定常气动载荷发生明显变化。为更准确地模拟由主旋翼／尾桨干扰产生的尾桨非定常

2、气动载荷变化，通过在面元压力项中增加由旋翼桨尖涡诱导的时变项，体现旋翼桨尖涡速度和几何时变对桨叶非定常压力的影响，同时采用涡面镜像法修正涡粒子法的黏性项，确保桨叶附近区域旋翼涡量守恒，建立旋翼尾迹对尾桨叶的非定常气动干扰模型，并耦合面元／黏性涡粒子法，构建直升机主旋翼／尾桨干扰下的尾桨非定常气动载荷分析方法。通过计算AH—IG旋翼桨叶非定常气动载荷特性，并与实验测量值、计算流体力学(CFD)计算结果对比，验证本文非定常气动干扰模型的有效性。随后基于NASAROBIN(RotorBodyInter—action)模型分析悬停、侧风和60。右侧滑状态主旋翼对尾桨

3、非定常气动载荷的影响，分析表明主旋翼尾迹对尾桨非定常气动载荷影响显著。悬停状态的主旋翼／尾桨干扰导致尾桨拉力平均值下降、非定常气动载荷显著增加；左侧风状态，主旋翼／尾桨干扰削弱尾桨“涡环”程度，显著增加尾桨拉力和非定常气动载荷；60。右侧滑状态，主旋翼／尾桨干扰导致尾桨拉力损失最大，且在低速侧滑状态出现尾桨拉力“迅速恢复”现象，尾桨非定常气动载荷幅值迅速增加。关键词：非定常气动干扰；气动载荷；黏性涡粒子法；主旋翼；尾桨中图分类号：V211．52文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)10—3228一13直升机尾桨主要用于平衡主旋翼产生的反扭矩和

4、航向操纵。作为直升机的主要气动部件，与主旋翼不同，尾桨不仅受机体和桨毂扰流的影响，更主要的是受主旋翼尾迹的干扰。悬停或侧滑状态，尾桨浸润在主旋翼尾迹中，形成较强的主旋翼／尾桨非定常气动干扰，由此影响尾桨的气动载荷特性[1]。主旋翼对尾桨非定常气动载荷的影响给B0—105C2。、AH一1G[⋯、AH一64[41和Lynx[51等众多直升机带来许多航向操纵问题，而这些问题均与主旋翼对尾桨的非定常气动载荷影响直接相关。此外，主旋翼尾迹对尾桨的气动干扰导致尾桨振动载荷增加[6]，因此分析主旋翼对尾桨非定常气动载荷的影响至关重要。Sheridan和Smith[63首先

5、提出直升机主旋翼／机身／平尾／尾桨气动干扰问题，并建议从理论上解释实验中发现的主旋翼对尾桨气动干扰导致尾桨拉力下降现象，但并未给出明确结论。随后，George和Chou[71通过将主旋翼桨尖涡简化为穿过尾桨桨盘平面的集中点涡以分析主旋翼／尾桨气动干扰噪声；Srinivas[8]、Cuzieux[93等则采用简化桨尖涡模型，并通过经验模型模拟主旋翼尾迹对尾桨气动载荷的影响，但这些方法均难于准确描述旋翼桨尖涡时变几何特性，因而难于准确模拟主旋翼尾迹对尾桨气动载荷的影响程度，且计算精度均依赖于经验模型。为更准确地描述主旋翼尾迹对尾桨的气动干收稿日期：2014—10

6、—13；退修日期：2014．12-03；录用日期：2015-01—16：网络出版时间：2015—03．1017：00网络出版：WWW．cnkinet／kcms／detail／111929V．201503101704．003．htmI基金项目：国家自然科学基金(11502105)；江苏省高校自然科学研究面上项目(15KJBl30004)*通讯作者Tel．：025·58139357E-mail：windtam2003@gmailcom戮搠格武lTanJF．Influenceofhelicopterrotorontailrotorunsteadyaerodynam

7、icIoadsEJJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．201536(10)：3228-3240．谭蓟锋直井机疆翼对昆浆非定常气动载荷的影响!J]航空学报．2015．36(10)：3228-3240．谭剑锋：直升机旋翼对尾桨非定常气动载荷的影响扰特性，Quackenbush和Bliss[1叩采用自由尾迹方法分析主旋翼／尾桨气动干扰，但该方法中并未考虑尾桨尾迹的影响。然而计算结果表明准确模拟主旋翼尾迹显得非常重要。为更好地模拟主旋翼尾迹干扰下的尾桨气动载荷分布，Yin和AhmedEll3采用面元法和自由尾迹方法分析主旋翼／

8、尾桨干扰下的尾桨气动载荷，尹坚平和胡章伟¨23采用自