共轴刚性旋翼桨毂阻力特性及流动机理

共轴刚性旋翼直升机在高速飞行时,桨毂流动复杂、分离强、阻力大。为明晰其阻力特性和流动机理,采用CFD方法针对已完成风洞试验的共轴桨毂组合模型进行数值模拟研究,获得了桨毂组合模型各单独部件的阻力、表面流动和空间流场特征,阐明了产生阻力最大的部件和影响阻力的主要因素,揭示了中间轴整流罩和塔座设计参数的减阻机制。分析结果表明:上、下旋翼桨毂是产生阻力的主要部件;中间轴和塔座的分离尾流对桨毂表面流动产生较大的干扰作用,使桨毂整流罩表面受干扰区域产生气流分离;具有较缓和逆压梯度的中间轴整流罩和塔座能有效减小分离尾流对桨毂整流罩的干扰,从而降低整个共轴桨毂系统的阻力。     

共轴刚性旋翼桨毂阻力特性试验研究

为研究高速直升机共轴刚性旋翼桨毂的阻力特性,采用自研的桨毂模型试验台,在中国空气动力研究与发展中心FL-14风洞开展了风洞试验。试验模型为典型的共轴刚性旋翼桨毂模型,包括上、下桨毂整流罩模型和4种中间轴整流罩模型,分别为基准中间轴和基于翼型的优化外形。主要试验内容包括多种桨毂模型在不同转速、不同风速及不同模型姿态角下的阻力特性试验,以及桨根对桨毂阻力特性的影响试验等。风洞试验结果较好地反映了不同桨毂构型的阻力特性差异,获得了中间轴整流罩外形对桨毂阻力的影响规律;试验结果表明最优桨毂构型相对基准桨毂构型,可减阻37%。     

共轴刚性旋翼桨毂减阻优化设计方法

针对共轴刚性旋翼桨毂阻力全机占比较大的特征,开展桨毂减阻优化设计方法研究。首先分析了共轴刚性旋翼桨毂外形特点,确定减阻整流罩基本型式,建立了减阻整流罩参数化模型。分析了整流罩参数对桨毂阻力的影响,进行参数样本选取。在此基础上建立代理模型,采用优化算法求解代理模型进行参数优化设计,最终建立了适用于共轴刚性旋翼桨毂的减阻优化设计方法。通过计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)计算结果、试验结果以及优化结果对比验证,结果相差小于2%,说明了建立的共轴刚性旋翼桨毂减阻优化设计方法有效、可信。     

共轴刚性旋翼空气动力学问题与研究进展

基于共轴刚性旋翼独特的运动特征,分析了前后行桨叶气动载荷的巨大差异所引起的旋翼严重非定常气动特性,阐述了共轴刚性旋翼特有的升力偏置特性、双旋翼气动干扰特性以及桨毂阻力特性等若干空气动力学问题。在此基础上,针对共轴刚性旋翼的特殊气动问题,概述了目前在空气动力学基础理论、气动布局优化设计、桨毂减阻设计以及相应的气动特性试验等共轴刚性旋翼空气动力学领域的研究进展。最后,基于目前高速共轴旋翼直升机研究的瓶颈问题,指出了共轴刚性旋翼空气动力学领域后续的发展方向和研究重点。     

共轴刚性旋翼高速直升机风洞试验研究综述

共轴刚性旋翼高速直升机是下一代直升机发展的重点构型之一,风洞试验是突破其中关键空气动力学技术、推动该构型直升机从原理验证走向型号研制所依赖的重要手段。文中对国内外共轴刚性旋翼试验设施及相关风洞试验进行了介绍,综述了共轴刚性旋翼升力偏置、流场显示与测量、桨毂减阻、推进螺旋桨和机身气动特性等技术领域的试验研究概况及主要成果。结合国内外研究现状,对中国共轴刚性旋翼高速直升机在风洞试验设备建设、研究能力拓展以及试验结果应用等方向的发展提出了思考。     

共轴刚性旋翼桨毂中间轴涡流发生器设计与减阻研究

为最大程度地降低共轴刚性旋翼桨毂的气动阻力，在其减阻设计方案中间轴处加装翼型截面的涡流分割器。首先设计了不同展长、弦长、安装位置和数量的涡流发生器加装方案，之后采用求解N-S方程的方法计算和分析了加装涡流发生器之后的桨毂阻力特性、表面压力和空间流动情况等。结果表明加装涡流发生器能使桨毂减阻方案的阻力降低约5%，弦长增大、涡流发生器位置向下桨毂方向移动有利于进一步降低阻力。研究结果可为涡流发生器的应用和桨毂减阻设计提供一定的参考。     

共轴反转直升机传动系统构型现状

共轴刚性旋翼高速直升机由共轴反转的两幅旋翼实现悬停和爬升,由尾推进桨实现高速前飞,旋翼不需要倾转,相对倾转式旋翼机可靠性更高,具有较好的发展前景。共轴反转传动系统是共轴刚性旋翼高速直升机的关键传动部件。本文分析了共轴反转传动系统构型原理;针对共轴反转输出功能需求,将共轴反转传动系统分为以圆柱齿轮为基础、以锥齿轮为基础、以面齿轮为基础和以差动轮系为基础实现共轴反转输出的4类传动系统构型。分别论述了4类共轴反转传动系统构型的国内外发展现状、主要特点和型号应用情况,为不同需求共轴式直升机的传动系统构型选型设计提供参考。     

共轴刚性旋翼飞行器配平特性及验证

针对共轴刚性旋 翼与常规旋翼的区别，从挥舞运动、变距操纵和诱导速度3方面建立共轴刚性旋翼的气动力模型。采用等效挥舞运动概念，建立共轴刚性旋翼的挥舞运动方程;引入提前操纵角概念，建立与共轴刚性旋翼挥舞频率相适应的变距操纵模型；引入上下旋翼干扰因子，建立共轴刚 性旋翼的诱导速度模型。在此基础上，建立共轴刚性旋翼飞行器飞行动力学模型，并以XH-59A 直升机为例计算纯直升机飞行模式的配平特性，使用飞行试验数据验证了理论模型的正确性，同时讨论了共轴刚性旋翼飞行器与常规直升机配平特性的异同点。     

旋翼转速变化对直升机需用功率、配平、振动及噪声的影响分析

建立了适用于变转速旋翼直升机的综合分析模型,该模型可用于综合分析直升机稳态飞行时的旋翼需用功率、全机配平操纵、旋翼桨毂振动水平与旋翼气动噪声。并且使用UH-60A"黑鹰"直升机的飞行试验数据及相关研究结果验证综合分析方法的准确性。在此基础上,分析旋翼转速变化对旋翼需用功率、全机配平操纵、旋翼桨毂振动水平与旋翼气动噪声的影响,从而为转速优化设计提供依据。结果表明,改变旋翼转速会导致上述4个特性同时发生明显变化,而在本文算例中适当地降低旋翼转速可最多降低19.2%的旋翼需用功率与6.7%的旋翼气动噪声,但是却会造成旋翼操纵受限和旋翼桨毂振动增加的不良后果。     

共轴刚性旋翼悬停流场的PIV风洞试验研究

使用粒子图像测速(Particle image velocity,PIV)技术对2 m直径共轴刚性旋翼悬停流场进行了风洞试验研究。在所搭建的共轴刚性旋翼试验台上,对1 100 r/min和1 860 r/min两种转速,8°和10°两种总距下的共轴刚性旋翼流场进行了测量,并测量了单独上旋翼相同状态下的流场。通过对试验数据进行处理,得到了不同状态下桨尖涡的脱落轨迹以及流场速度矢量图。同时通过对比分析,研究了共轴刚性旋翼之间的气动干扰现象,并指出了上旋翼桨尖涡尾迹通过下旋翼桨盘时的"二次收缩"效应。     

大客车局部优化造型对其使用性能的影响

随着车速的提高,汽车在行驶中受到的空气阻力便成为不可忽视的问题,因此与减阻节能相关的汽车优化造型也就显得越来越重要了。由于运动物体所受到的空气阻力系数的大小主要取决于它的头部的形状,因而我们对厢式大客车驾驶室前风窗区的几种不同造型在低速风洞中进行了测力的实验研究。实验结果表明,驾驶室前围不同形式的过渡是影响厢式客车空气阻力的重要因素。其中在适当的风窗倾角下,经过良好的圆化处理后,可使厢式大客车的空气阻力减小27%左右。这不仅节省了燃料的消耗,还可以提高汽车的最大行驶速度,改善其加速和爬坡能力。     

高速客车模型气动特性实验研究

介绍了高速客运列车模型气动特性在低速风洞中测量结果.试验模型由头车、中间车、尾车模型组成,且头、尾车互换位置.试验风速为80~300km/h,风向角为0°.同时还进行受电弓接触压力测量.试验结果表明:不同头车和尾车组合,对高速客车的气动阻力有很大影响.整流罩和受电弓使列车空气阻力明显增加.     

CHN-T1标模大型低速风洞试验结果相关性分析

为满足型号研制的试验数据质量需求，进一步开展CFD验证与确认工作，中国空气动力研究与发展中心建立了大展弦比运输机高低速统一标模体系。为获得可靠风洞试验数据，使用设计加工的第一个运输机标模CHN-T1（1:6.4，翼展4.667m）在FL-13风洞和DNW-LLF风洞进行了试验。同一构型下，前者试验雷诺数为1.4×106~2.5×106，后者试验雷诺数为1.4×106~3.2×106。模型在FL-13风洞中通过TG1801A内式六分量天平与大迎角支撑机构相连，在DNW-LLF风洞中则通过W616天平与尾撑机构相连。两风洞均测量了模型力和力矩。风洞试验数据差异评估包括重复性、气动特性和雷诺数影响。结果对比表明:标模在不同风洞试验中的升力线斜率相差很小；设计升力点附近（Ma=0.78，C_L=0.5）阻力系数相差0.0004，试验数据一致性较好；雷诺数对标模气动特性影响符合预期。     

水泥工厂窑尾塔架风荷载风洞试验研究

为获得窑尾塔架在实际风场下的真实风荷载,本文通过风洞实验对水泥厂窑尾塔架在大气边界层流场中的风荷载进行了研究,并详细介绍了风洞试验中的风场模拟、模型设计、测量方法和数据处理方法。试验结果合理可靠。本研究为实际窑尾塔架的结构设计提供了更真实的风载系数并为水泥厂窑尾塔架的优化设计,减少工程造价提供了详实的依据。     

基于柱状粗糙元的边界层人工转捩试验研究

为提高风洞试验模型边界层转捩模拟的准确性、可靠性和可操作性,逐步取代沿用多年的基于金刚砂粗糙带的转捩模拟方法,本文针对GBM-04A战斗机标模,确定了柱式转捩带的技术参数、制作方法和粗糙元配方,采用全模型测力和表面升华法对边界层转捩效果进行了试验研究.结果表明,对GBM-04A标模而言,粗糙元的最佳高度为h=0.09~0.11mm,在此范围选择粗糙元高度,不仅可以在模型上得到满意的人工转捩效果,而且不产生附加阻力;柱式转捩带具有传统金刚砂粗糙带不可比拟的显著优点,适合在高速风洞试验中推广应用.     

AC-DBD等离子体激励对L形截面钝体风荷载减阻的实验研究

等离子体流动控制是一种应用广泛的主动流动控制技术。为进一步研究其机理、拓展其应用范围,针对L形截面钝体模型,采用3种AC-DBD（介质阻挡放电）等离子体激励器布置形式,比较了施加激励后的减阻效果,并对减阻机理进行了研究。实验在南京航空航天大学0.8 m低速直流风洞中进行（风向角0°、来流速度2~8 m/s）,激励器布置形式为顺来流前缘激励、逆来流前缘激励和拐角激励。研究结果表明:不同来流速度下,等离子体激励器对L形截面钝体都有一定的减阻效果,且减阻效果随流速增大而降低;拐角激励减阻效果最佳,逆来流前缘激励次之,顺来流前缘激励最差;通过流场分析,说明了激励器布置形式变化产生了不同的扰动效果;不同的流动控制机理是影响减阻效果的关键因素。