螺旋桨径向力风洞试验方法研究

螺旋桨飞机的研制设计过程中,必须了解和掌握动力系统对飞机气动特性的影响.螺旋桨动力系统对飞机的影响主要包括螺旋桨拉力和扭矩、气流斜吹螺旋桨产生的径向力以及滑流影响.螺旋桨径向力的风洞试验在国内尚属探索研究阶段,本文结合型号研制实际应用,对气流斜吹螺旋桨产生的径向力的机理和试验方法进行了研究探索,提出了一种以螺旋桨直接模拟法为基础的螺旋桨径向力风洞试验方法,并通过理论和试验方法完成了试验结果的相关性修正、全机对螺旋桨径向力的上洗等干扰修正,获得了可以满足工程研制使用的螺旋桨径向力数据,可为同类的螺旋桨飞机总体气动布局设计提供参考.     

一种新的临近空间螺旋桨地面试验方法

提出了一种采用轨道拖车搭载螺旋桨的临近空间螺旋桨地面试验方法。利用中航工业特种飞行器研究所的高精度拖车试验台控制螺旋桨前进速度,螺旋桨转速由伺服电机控制。针对新设计的临近空间低雷诺数螺旋桨,依据等前进比和等雷诺数相似准则,进行了螺旋桨在不同飞行高度下气动特性的地面试验研究。通过试验数据与片条理论及CFD方法计算结果的对比分析,验证试验方法的可行性及螺旋桨气动性能。结果表明:(1)由于桨尖马赫数较低,等前进比和等雷诺数相似准则适用于新设计的临近空间螺旋桨地面试验;(2)不同飞行高度下螺旋桨地面试验数据与计算结果吻合良好,说明提出的方法是可行的,可为同类螺旋桨试验提供参考。     

双拉力螺旋桨构型复合式高速直升机旋翼/螺旋桨干扰流场分析

基于动量源方法建立了针对双拉力螺旋桨构型(X3构型)复合式高速直升机旋翼/螺旋桨干扰流场分析的一个高效数值模拟方法,该方法适用于旋翼/螺旋桨之间相互干扰的计算与分析。在该方法中,旋翼和螺旋桨分别使用动量源代替,对干扰流场采用结构化网格进行划分。首先,进行了孤立旋翼、孤立螺旋桨、旋翼/机身干扰流场的算例计算验证了方法的有效性。然后,应用所建立的方法,着重进行了悬停及前飞状态下双拉力螺旋桨构型复合式高速直升机旋翼/螺旋桨干扰流场的数值模拟,分析了直升机迎角变化对前飞流场的影响,得到了一些关于旋翼/螺旋桨干扰流场的有意义的结论。     

无人机螺旋桨实验天平的研制

螺旋桨实验是一种非常规实验 ,其特点决定了螺旋桨天平的特殊性。为了探索新的扭矩测量方法 ,准确研究螺旋桨的性能 ,设计了螺旋桨实验专用天平。该天平是同步旋转应变天平 ,实验中天平随螺旋桨高速旋转。天平设计要保证质量分布均匀 ,采用特制滑环引出电信号 ,并且天平后端用支架支撑以减小振动。该天平较一般固定式天平复杂 ,但更合理地解决了扭矩测量问题。实验结果表明 ,天平总体方案正确 ,设计合理 ,测量精度高 ,有效解决了小型螺旋桨实验问题     

机翼对后置螺旋桨性能影响的研究

运用旋转坐标系对RANS方程进行求解,分析机翼对后置式螺旋桨的影响规律。研究结果表明:与无机翼相比,在相同情况下,机翼可以增加螺旋桨的推力和扭矩,但对推力的影响更为明显;机翼尾部的下洗流改变了螺旋桨附近流场,使流动方向偏向螺旋桨;螺旋桨前后压强均比无机翼时大,而且螺旋桨出口压强增大更为明显;流经螺旋桨的质量流量净增量在有机翼时更大。计算结果可以为工程应用提供参考。     

平流层螺旋桨等离子体流动控制地面实验方法

根据螺旋桨雷诺相似准则和等离子体射流相似准则,提出了一种基于螺旋桨叶素理论,利用地面实验设备开展平流层螺旋桨等离子体流动控制研究的实验方法。首先根据螺旋桨几何参数和运动参数计算叶素微段来流速度和迎角,然后根据螺旋桨雷诺相似准则确定常压翼型风洞模拟平流层叶素流动的吹风参数,最后根据等离子体射流雷诺相似准则,确定激励器和激励电源参数模拟平流层等离子体射流并评估其流动控制效果。利用该方法研究了20km 高度 S1223翼型螺旋桨的等离子体流动控制效果,实验表明:飞艇以5~20m/s 的速度前进时,SD-BD 激励电压峰-峰值13.6kV,频率10kHz 时,诱导的等离子体射流使螺旋桨300r/min 时推力最大可提高10.9%,600r/min 时推力反而减小了0.52%~1.7%。     

轴流状态下涵道螺旋桨增升方法的数值模拟

为了进一步提高涵道螺旋桨的功率载荷,提出了一种将螺旋桨部分桨尖嵌入到涵道体内壁面以改善涵道内部的滑流边界和唇口扰流的增升方法。采用计算流体力学(Computational fluid dynamic, CFD)方法,对其轴流状态的流场流态及气动力特性进行了计算和分析,并与相同直径的孤立螺旋桨及涵道螺旋桨在相同工况下的气动力进行了对比分析。     

低速风洞带螺旋桨动力模型支架干扰实验研究

本文给出了 FL-8风洞中螺旋桨处于不同位置的三个飞机模型支架干扰实验结果,分析了影响带螺旋桨动力的飞机模型支架干扰的因素。实验表明,由于螺旋桨滑流的诱导和夹带作用,使腹撑支杆附近的气流沿轴向加速;由于模型支杆的存在,将影响螺旋桨滑流的空间位置和尺寸,这些都将影响支架干扰量的大小,因此,一般不能用无螺旋桨动力模型的支架干扰数据代替有螺旋桨动力模型的支架干扰数据。实验结果还表明,滑流存在对阻力、俯仰力矩支架干扰有一定影响,其影响量与螺旋桨的位置和拉力系数有关。滑流对升力、滚转力矩和偏航力矩支架干扰无明显影响。除单发右停顺状态外,滑流对侧向力支架干扰无明显影响。     

导管螺旋桨内流场的PIV测量

内流场对于导管螺旋桨的设计和性能分析是至关重要的,利用随车式PIV在中国船舶科学研究中心拖曳水池进行了导管螺旋桨的内流场测量.使用标靶技术建立了物像对应关系,从而修正导管曲率和厚度产生的图象畸变.使用同步控制器实现螺旋桨相位、CCD摄像和激光器的精确同步控制.试验分别在三个不同进速系数J=1.2,1.0 和0.8下进行.试验结果很好地反映了螺旋桨梢涡、毂部涡、以及螺旋桨上下表面脱落的旋向相反的尾涡,以及近导管内壁、桨毂壁面涡层等流动特征.试验表明,涡强都随着进速系数的减小而增加.与螺旋桨前流动相比,导管内螺旋桨后轴向速度沿径向分布的不均匀性明显增强.试验结果表明,对于导管厚度与曲率都空间变化的导管螺旋桨,应用PIV技术进行内流场测量在技术上是可行的.     

开口壁式涵道螺旋桨气动特性数值模拟

涵道共轴双螺旋桨以其结构紧凑、气动效率高、气动噪声低、安全可靠等性能和结构优点,已经被作为一种推力或升力装置广泛地应用到飞行器设计当中。涵道共轴双螺旋桨作为涵道共轴多旋翼飞行器的主升力系统,为了进一步提升其功率载荷和抗风性,文中采用数值模拟方法对其在悬停状态、轴流状态和斜流状态下的气动特性进行了计算分析。提出了开口壁式涵道螺旋桨的主升力系统构型,并对其气动性能进行了计算,得出了开口壁式涵道螺旋桨相比涵道共轴双螺旋桨所具有的优势。     

小型螺旋桨飞机动力装置特性试验研究

小型螺旋桨飞机的动力装置一般由活塞式发动机和螺旋桨两个主要部分组成。本文用实验验证和理论计算的方法,研究了活塞式发动机和螺旋桨性能传统的估算方法所得到的数据与实测结果之间的偏差,并进一步研究了发动机和螺旋桨性能参数的不同匹配对整个飞机动力装置特性的影响。研究结果表明,传统的估算方法对于装小型活塞式发动机的螺旋桨飞机也是适用的。用传统的估算方法所得到的各种性能数据与实验测试数据比较,相对误差的最大值均低于１０％,这对工程应用来说,是可以接受的。文中还用试验数据和试飞实例说明了对动力装置匹配参数加以优化的重要性。     

基于LDV技术的螺旋桨尾涡测试

对螺旋桨尾流场LDV(Laser Doppler Velocimeter)测试数据进行了详细的分析,比较了均匀来流下螺旋桨尾流中两个横断面上的流动信息,以及同一横断面上不同半径处轴向、径向速度沿周向的分布,试验数据不仅显示了尾流场宏观流动现象,而且也清晰的显示了诸如在周向仅有8°跨越的速度突变等微观流动信息,数据分析显示试验结果与理论分析比较吻合.试验所获得的定量信息可以为尾流场复杂流动现象的揭示、螺旋桨非定常性能的预报以及螺旋桨设计提供参考.     

螺旋桨滑流对飞机纵向气动特性的影响研究

采用螺旋桨飞机动力模拟风洞试验技术及粒子图像测速技术,研究双发常规布局涡桨飞机的螺旋桨滑流对飞机纵向气动特性的影响规律。通过测力风洞试验研究螺旋桨不同位置处滑流对飞机的升阻特性、力矩特性及平尾下洗等纵向气动特性的影响,利用PIV技术研究测力试验优选桨盘位置的飞机部件典型剖面受滑流影响时的流场变化情况。研究结果表明,螺旋桨下沉后滑流对飞机升阻特性的不利影响最明显,螺旋桨前伸和安装角由正变负时滑流对飞机的升阻特性均有改善,而螺旋桨前伸在飞机失速迎角附近对升力特性的改善更为明显。     

带螺旋桨飞机模型风洞实验洞壁干扰修正

带动力实验进行洞壁干扰修正时,必须考虑螺旋桨滑流的影响。运用等效动压法和壁压信息法对运八飞机带螺旋桨模型风洞实验数据进行洞壁干扰修正,分析洞壁对带螺旋桨飞机模型试验数据的影响并对不同修正方法进行了比较。两种修正方法的修正结果基本一致,壁压信息法能实际反映洞壁干扰影响,但壁压信息法需要进行准确的壁压测量,增加实验工作量;等效动压法是以经典的洞壁干扰修正公式为基础,考虑了螺旋桨滑流的影响,而且带螺旋桨飞机模型实验的攻角一般在中等攻角以下,不会出现像大攻角那样的分离特性,因此这种方法有较好实用性。     

多涵道无人机设计及悬停性能数值仿真

针对无人机空中自主对接和组合飞行任务需求设计了6涵道螺旋桨无人机气动构型。运用数值模拟对该型无人机进行悬停工况气动特性研究，研究不同悬停转速下整机气动性能的变化，并在涵道环括工况下对螺旋桨进行气动优化。研究结果表明：螺旋桨是悬停升力的主要来源，随着转速变化，涵道升力始终占总升力的17%左右；阻力来自机体上表面和电机支架的迎风阻力，支架的阻力达到涵道螺旋桨总升力的10%；随着桨盘载荷提升，无人机功率载荷降低；涵道的存在影响了螺旋桨的滑流特性，造成桨盘平面轴向速度增加，截面翼型迎角变小，工作效率降低，经过合理调整其扭转角分布螺旋桨效率得到提升，拉力提高3.3%，效率提高2.9%。     

大型季节性可移动式结冰风洞及其试验方法研究

利用冬季自然低温进行结冰试验是飞机大尺寸部件和整机结冰试验的有效方法.文章总结了法国、加拿大、美国、俄罗斯等国家季节性结冰风洞的主要参数,分析了季节性结冰风洞在大尺寸机翼、螺旋桨和飞机等方面的试验能力.基于中国航空工业空气动力研究院季节性可移动式结冰风洞开展了螺旋桨结冰和机上地面结冰试验方法研究,分析了螺旋桨结冰和冰脱...     

马楚清的“5·12”灾后日记

都江堰水电十局学校退休教师马楚清,从"5·12"大地震当天开始到现在,一直坚持写日记,以一个普通灾区群众的视角,见证了地震三年来,抗震救灾和灾后重建过程中一幕幕感人的场景。日记原文16万字,在此节录部分,让它开启我们记忆的闸门,回望三年不平凡的历程。三年重建,灾区巨变,让我们永远铭记那些人,那些事。     

飞机螺旋桨外形的数学模型

空气螺旋包括螺旋桨、风车、风扇和直升机叶片等。在[2]里,我们提出了直升机旋翼桨叶的数学模型。本文探讨螺旋桨型面的描述问题。在这里,我们不是将一个型面分成许多块或“曲面片”,而是把它当作一个整体来处理。这种方法简单易行,计算有效。 经过初步探索,已经建立起飞机螺旋桨的数学模型,而且用Algol-60语言编写了计算程序。     

NF-3风洞螺旋桨实验段的声学改造

在分析螺旋桨噪声特性和声学实验对风洞的要求的基础上,结合NF-3风洞的特点和声学工程设计经验,对该风洞螺旋桨实验段进行了声学改造。检测结果表明,改造的效果令人满意,NF-3风洞已初步具备声学实验能力。     

螺旋桨动力模拟试验直接影响校准与扣除

螺旋桨动力试验的目的在于获得螺旋桨滑流影响(间接影响).由于滑流影响量与直接影响量直接相关,因此在试验前应对直接影响量进行校准,在试验过程中应扣除直接影响.结合某带动力试验任务,对CARDC的4m×3m风洞带动力试验技术进行了改进,完善了单体试验(即校准试验)方法及全机试验时螺旋桨直接影响扣除方法,使试验结果更趋合理.