共轴刚性旋翼直升机桨毂阻力特性试验

共轴刚性旋翼直升机在突破常规直升机前飞速度极限的同时会产生巨大的桨毂阻力。为研究共轴刚性旋翼直升机桨毂的阻力特性,采用天平测力的方式在1.4m×1.4m直流风洞中对不同的共轴双桨毂组合模型进行了风洞试验。试验状态变量包括桨毂转速、模型各部件间缝隙和不同整流模型组合。试验结果表明:共轴双桨毂试验模型的阻力受对称光滑桨毂旋转运动的影响基本可忽略;各整流部件间缝隙对模型所受阻力影响较大,大缝隙会使试验模型阻力增大;各整流部件分离尾流存在较大的气动干扰,使模型所受阻力明显增加。

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。

共轴双旋翼桨毂减阻初步分析研究

基于CFD方法对不同构型的共轴刚性双旋翼桨毂阻力特性进行了对比分析研究,得出了桨毂气动阻力随不同曲线构型桨毂整流罩和不同构型连接轴整流罩的变化规律,建立了共轴双旋翼桨毂气动减阻方法。分析结果表明:构型3(钝椭圆+翼型形状)的桨毂阻力比构型2(钝椭圆+圆柱形)的桨毂阻力减小19%,构形3(钝椭圆+翼型形状)桨毂阻力比构型1(尖椭圆+圆柱形)桨毂阻力减小30%,构型3(钝椭圆+翼型形状)为最佳减阻构型。

共轴式双旋翼直升机桨毂减阻设计方法研究

针对共轴式双旋翼直升机高速前飞时桨毂产生的阻力在全机阻力中占比很大的问题,采用参数化建模方法对某型共轴式双旋翼直升机的桨毂进行了减阻设计,然后采用CFD对该型机桨毂和各减阻方案进行了数值模拟计算。通过深入研究桨毂各部件的阻力特性和流场数据,剖析了桨毂阻力的产生机理,结果表明上下椭圆形回旋体+瘦腰圆柱体带切线后体整流罩的减阻方案能降低52%左右的阻力,中间轴整流罩尾缘的压力分布对减阻的效果有比较大的影响。类似地,该研究成果对降低共轴高速直升机的桨毂阻力具有显著效果。

直升机桨毂减阻设计进展

针对直升机桨毂部分,系统介绍了气动减阻设计的进展情况,包括常规主旋翼、共轴式双旋翼和无人直升机旋翼桨毂的减阻设计方案。常规单旋翼直升机上主要采用整流帽进行桨毂减阻,共轴式双旋翼桨毂分别采用钝椭圆柱和翼型截面柱体整流罩对上、下桨毂和旋翼轴进行减阻,无人直升机的桨毂减阻设计方案与有人直升机类似。在风洞试验和数值计算研究中,通常会对影响减阻效果的整流罩设计参数和组合方式进行研究。目前,直升机桨毂减阻设计与应用还面临很多困难,需要综合考虑设计制造、部件干涉以及整流罩位置控制等问题。

共轴式直升机桨毂阻力特性与减阻试验

共轴式直升机桨毂阻力占全机废阻的50%以上,因此有必要对桨毂阻力特性和减阻设计进行研究。通过对某共轴式直升机桨毂模型、减阻方案及减阻方案加装涡流发生器进行风洞试验,研究轴式直升机桨毂的阻力特性,验证减阻方案及减阻方案加装涡流发生器的减阻效果。结果表明:桨毂支臂方位角、转速和攻角变化对桨毂及其减阻方案的阻力影响很小;上下桨毂整流罩与中间轴整流罩之间的缝隙对阻力影响比较大;减阻方案可以降低约33%的桨毂阻力,而加装涡流发生器的减阻效果并不明显。

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。

减阻剂在渤海南部A油田的应用研究及效果分析

渤海南部A油田处于该区域外输枢纽位置,负责将该区域所有油田和部分渤海西部油田的原油汇集输送至终端处理厂。该油田共配备6台外输泵,由于新油田的投产和老油田的挖潜都使得原油外输压力不断增大,严重制约着整个区域的原油生产。在这种情况下,通过一系列的研究和试验,将减阻剂注入A油田原油外输海管,并优化改进减阻剂的注入手段,有效提升了同海管压力下的原油外输量,缓解了外输压力,保障了外输稳定,对于海上油田的原油外输具有一定的借鉴意义。

共轴刚性旋翼桨毂流动控制减阻研究

针对共轴刚性旋翼直升机在高速前飞时桨毂阻力在全机阻力中占比较大的问题,通过数值模拟和风洞试验对不带桨叶的桨毂模型的流动特性进行了研究,并对中间轴整流罩外形进行了优化,获得了较优的减阻效果。同时,根据桨毂优化外形方案和流场分析结果,引入吹气式主动流动控制策略,通过风洞试验研究了不同开缝方式、缝隙尺寸、射流角度和射流动量系数等参数对桨毂减阻效果的影响,验证了吹气式主动流动控制技术在共轴双桨毂减阻方面的可行性。研究结果表明:中间轴整流罩可显著减弱中间轴后部气流分离,可实现共轴刚性旋翼桨毂减阻,且HBF2构型的阻力面积较HBS构型减小了30.3%;旋转状态下桨毂模型带桨根时的阻力面积比不带桨根情况下的阻力面积大;吹气式主动流动控制技术能抑制中间轴整流罩后缘的气流分离,实现减阻功能,且斜线式射流方案的减阻效果优于直线式射流方案;采用斜线射流控制方式,且缝隙为1 mm、射流角度为30°、喷口射流动量系数为0.33时,桨毂阻力可在中间轴整流罩优化外形的基础上再减小13%,减阻效果最佳。

基于CFD的直升机主旋翼桨毂阻力分析

直升机主旋翼桨毂的气动阻力约占直升机总阻力的30%左右,减小桨毂的气动阻力是降低直升机功率消耗的一个有效措施。针对通过风洞试验获得直升机桨毂气动特性存在试验成本高、周期长的问题,采用CFD技术对直升机桨毂的阻力和力矩特性进行了分析并得出结论,为直升机设计提供了依据。