最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機總體氣動技術(shù)研究.pdf

1、為了解決最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機總體設(shè)計中所面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題，本文開展了建模方法研究，分別對最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼的氣動特性分析與設(shè)計、最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機的飛行動力學(xué)特性分析、飛行性能分析、總體參數(shù)設(shè)計等方面進行了深入的研究，并且最終完成了起飛重量2000kg級最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機的總體參數(shù)方案設(shè)計。本文的主要研究內(nèi)容包括：
　　(1)基于L-B動態(tài)失速模型及Sheng.W低馬赫數(shù)動態(tài)失速修正模型，建立了最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼的氣動特性分析方法，解決了以往

2、計算模型不能準確計算低馬赫數(shù)失速狀態(tài)下的氣動力問題。采用該計算方法對最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼在不同轉(zhuǎn)速下的氣動特性進行研究，分析了最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼對旋翼氣動特性的影響，確定了不同狀態(tài)下的最優(yōu)旋翼轉(zhuǎn)速計算方法。和常規(guī)旋翼不同，最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼氣動設(shè)計中旋翼轉(zhuǎn)速也是一個變量，并且與其它槳葉外形參數(shù)相互影響，為了獲得較好的最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼槳葉氣動外形，以自由尾跡模型為基礎(chǔ)建立了最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼槳葉氣動外形參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計方法，根據(jù)該設(shè)計方法，得到了最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼的模型槳葉氣

3、動外形設(shè)計方案。
　　(2)根據(jù)揮舞等效方法，建立了適用于槳葉揮舞剛度較大的最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機的飛行動力學(xué)特性分析方法，為了提高分析方法的計算精度，旋翼入流計算采用了精細化的自由尾跡方法。根據(jù)該分析方法，研究了旋翼轉(zhuǎn)速、槳葉揮舞剛度、平尾面積，以及尾槳轉(zhuǎn)速方案對直升機操穩(wěn)特性的影響，最后基于最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機的應(yīng)用背景，提出了最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機操縱性、穩(wěn)定性的設(shè)計依據(jù)。
　　(3)確定了以自由渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制實現(xiàn)旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

4、的技術(shù)方案，然后根據(jù)直升機需用功率計算模型、變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速渦軸發(fā)動機性能計算模型，以及直升機空機重量估算模型，建立了最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機/發(fā)動機一體化的飛行性能分析方法，為準確分析最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機飛行性能，以及總體參數(shù)方案設(shè)計提供了基礎(chǔ)。根據(jù)該分析方法，確定了旋翼轉(zhuǎn)速、直升機總體參數(shù)與直升機性能之間的相關(guān)性。
　　(4)為了提高最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機總體方案的設(shè)計質(zhì)量，降低最優(yōu)旋翼轉(zhuǎn)速不確定性對飛行性能的影響，本文構(gòu)建了不確定性多學(xué)科優(yōu)化

5、框架，對最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機的總體參數(shù)進行了不確定性優(yōu)化設(shè)計，通過優(yōu)化求解，確定了最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機的總體參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，采用最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼槳葉氣動外形設(shè)計方法，對直升機的槳葉氣動外形進行了詳細設(shè)計，最終得到了最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機的總體參數(shù)設(shè)計方案。
　　(5)針對最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼的氣動分析與設(shè)計結(jié)果，開展了旋翼變轉(zhuǎn)速氣動特性吹風(fēng)試驗和最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼槳葉氣動外形驗證試驗，通過試驗研究，驗證了最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼在提高懸停效率，降低需用功率等方面的實