直升機(jī)大機(jī)動(dòng)飛行中旋翼非定?？諝鈩?dòng)力研究.pdf

1、現(xiàn)代武裝直升機(jī)執(zhí)行高精度攻擊任務(wù)的能力日益受到推崇和重視，我國(guó)也發(fā)展相應(yīng)的飛行品質(zhì)規(guī)范對(duì)直升機(jī)機(jī)動(dòng)性提供定性和定量的評(píng)述依據(jù)。為保證直升機(jī)安全合格地完成包括筋斗、橫滾等大機(jī)動(dòng)飛行，應(yīng)在設(shè)計(jì)階段就預(yù)先分析、計(jì)算和檢驗(yàn)其機(jī)動(dòng)性能。為了得到適合機(jī)動(dòng)飛行的直升機(jī)氣動(dòng)和飛行力學(xué)綜合模型，首先必須準(zhǔn)確把握旋翼的非定常氣動(dòng)特性。 本文采用理論分析與試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，圍繞槳葉非定常氣動(dòng)載荷、旋翼槳盤入流與槳葉揮舞運(yùn)動(dòng)等主要技術(shù)要點(diǎn)及其模型耦

2、合，研究大機(jī)動(dòng)飛行中的旋翼非定常氣動(dòng)特性，為日后直升機(jī)大機(jī)動(dòng)飛行動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)研究、建立大機(jī)動(dòng)飛行科目的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法，以及我國(guó)新型武裝直升機(jī)的設(shè)計(jì)和使用提供理論基礎(chǔ)。本文主要理論工作有： 一、研究了尾跡畸變效應(yīng)對(duì)槳盤入流的影響，進(jìn)而分別增廣了Pitt-Peters動(dòng)態(tài)入流模型和Peters-He有限狀態(tài)尾跡模型以計(jì)入尾跡畸變效應(yīng)，同時(shí)發(fā)展了適合機(jī)動(dòng)旋翼的槳葉揮舞動(dòng)力學(xué)模型； 二、對(duì)于計(jì)及翼型動(dòng)態(tài)失速特性和壓縮性影響的槳葉非

3、定常氣動(dòng)模型進(jìn)行補(bǔ)充完善，增加了隨飛行狀態(tài)變化的尾跡畸變對(duì)旋翼誘導(dǎo)速度的影響； 三、發(fā)展了體現(xiàn)尾跡畸變效應(yīng)慣性特征的動(dòng)態(tài)模型，并探討在計(jì)算模型中加入旋翼尾跡收縮效應(yīng)和回轉(zhuǎn)變距力矩效應(yīng)的必要性和合理性。 主要實(shí)驗(yàn)工作是： 一、在旋臂機(jī)上加裝發(fā)煙裝置，進(jìn)行了模型旋翼的大幅度俯仰運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)，記錄旋翼尾跡的幾何特征變化與俯仰、滾轉(zhuǎn)角速率的關(guān)系，用于指導(dǎo)尾跡畸變模型的建立； 二、在旋臂機(jī)上進(jìn)行旋翼大幅度俯仰時(shí)的空氣動(dòng)

4、力試驗(yàn)，獲得準(zhǔn)階躍操縱輸入的旋翼氣動(dòng)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用以驗(yàn)證和改進(jìn)非定常旋翼氣動(dòng)模型。 在仿真計(jì)算方面，根據(jù)所建立的旋翼非定常氣動(dòng)理論模型，利用MATLAB/ SIMULINK，編制了適合于機(jī)動(dòng)旋翼的非定常氣動(dòng)響應(yīng)計(jì)算程序，完成了模型配平、線化分析和響應(yīng)計(jì)算。此外，本文進(jìn)行了配平算法和微分方程解法的研究。 通過(guò)比較理論預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，本文得到的最重要結(jié)論有： 一、經(jīng)過(guò)本文增廣后的Pitt-Peters旋翼動(dòng)態(tài)

5、入流模型和Peters-He有限狀態(tài)尾跡模型，若聯(lián)合準(zhǔn)定常尾跡畸變模型與剛性槳葉揮舞模型，都能算出機(jī)動(dòng)旋翼他軸響應(yīng)的正確方向，糾正了忽略尾跡畸變的計(jì)算結(jié)果有180°相位差的錯(cuò)誤，而且Peters-He15狀態(tài)尾跡模型結(jié)果跟測(cè)試值吻合度更高。此外，尾跡畸變效應(yīng)的計(jì)入與否對(duì)同軸響應(yīng)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響可忽略； 二、機(jī)動(dòng)角速率、槳盤載荷和前飛速度決定尾跡彎曲參數(shù)值。在懸停狀態(tài)下尾跡畸變較嚴(yán)重，但隨著前飛速度的增加而降低，故采用固定的尾跡彎曲

6、參數(shù)不足以反映機(jī)動(dòng)動(dòng)作對(duì)尾跡畸變的影響； 三、旋翼得到階躍俯仰或滾轉(zhuǎn)角速率、階躍爬升率以及階躍前進(jìn)比的輸入時(shí)，槳盤入流變化量跟時(shí)間構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，縱橫向尾跡彎曲、尾跡傾斜和尾渦間距這三個(gè)動(dòng)態(tài)效應(yīng)可通過(guò)一個(gè)常微分方程組來(lái)表述； 四、增廣后的Peters-He15狀態(tài)入流模型，若采用時(shí)變的尾跡彎曲參數(shù)和動(dòng)態(tài)畸變尾跡，雖能正確反映旋翼的他軸響應(yīng)，但在幅值方面仍存在偏差；計(jì)入回轉(zhuǎn)變距力矩效應(yīng)，能有所改善。此外，旋翼尾跡的收縮效應(yīng)可