大前进比变转速旋翼气弹动力学建模与载荷特性分析

针对大前进比变转速旋翼气弹动力学问题开展分析研究。基于Hamilton原理以及中等变形梁理论建立旋翼动力学方程,并针对大反流区气动力计算方法和大前进旋翼气弹配平计算方法进行修正,集成考虑大前进比的旋翼气弹计算模型。在旋翼动力学模型的验证基础上,开展大前进比下变转速旋翼气弹动力学计算分析。通过计算桨叶剖面气动和结构载荷表明:随着前进比增加,反流区内桨叶剖面出现周期交变的脉冲式法向力和气动力矩;桨叶挥舞、摆振弯矩随转速降低而增加,且在接近共振转速频率时挥舞和摆振弯矩明显增加。提取桨叶结构载荷中的气动部分,表明脉冲气动力会带来显著的气动部分变化。

大前进比旋翼气动特性计算研究

基于CAMRADII对HART Ⅱ模型旋翼,开展了大前进比旋翼气动特性数值模拟。以HART Ⅱ模型旋翼为研究对象,建立一个大前进比旋翼计算模型,并将计算值与试验数据进行对比验证。在此基础上,针对HART Ⅱ模型旋翼在大前进比下的气动特性开展计算研究,分析了旋翼性能、旋翼功率和旋翼载荷在不同总距、不同前进比下的变化规律。计算结果表明:在相同总距下,旋翼拉力随前进比的增大而减小;在相同拉力下,旋翼升阻比随前进比的增大先增大后减小;在相同拉力下,旋翼诱导功率和型阻功率之和随前进比的增大而增大;在r/R=0.91截面处,前行侧产生负升力,随着前进比的增大负升力越大,后行侧产生的升力随着前进比的增大产生的升力越小。

共轴刚性旋翼流场测量试验研究

利用粒子图像测速(Particle image velocimetry,PIV)试验技术,开展了共轴刚性旋翼桨尖涡尾迹以及桨叶周围流场的测量试验,获得了单/双旋翼桨尖涡的运动轨迹以及桨尖诱导速度分布,研究了旋翼前进比对尾迹边界倾斜角的影响规律,进行了大前进比下强径向流对桨叶周围流场的影响机理研究。结果表明:强径向流具有增强气流附着性、减缓气流分离以及延迟失速的特性,前进比μ=0.64比μ=0.53后缘分离点延迟了约18%;后行侧反流区前进比越大反流强度越强;悬停状态双/上旋翼涡收缩性最快,单旋翼尾迹涡收缩性次之,下旋翼尾迹涡收缩性最慢。测量结果合理可信,为开展旋翼流动机理理论研究及提高CFD分析精度奠定了基础。