侧风下孤立尾桨的气动特性和抗侧风优化

尾桨涡环严重危害了直升机飞行安全,为探讨涡环对桨盘附近诱导速度场的影响和解释桨叶拉力非定常脉动的原因,构建了一套基于非定常雷诺平均Navier-Stokes方程的尾桨涡环数值计算方法,并结合叶素动量理论和圆线涡环模型进行气动分析。同时,为解决当前翼型优化中广泛使用的冻结湍流黏性假设存在的固有缺陷,建立了一套全湍流连续伴随的翼型优化框架,获得的翼型用于尾桨设计以提高尾桨抗侧风能力。结果表明,桨盘附近诱导速度场对侧风入流速度十分敏感,在典型涡环状态下,14.65 m/s侧风导致涡环的涡强增大且不断改变,引发翼剖面的有效攻角随桨盘附近风速动态减小,进而尾桨拉力下降至原有的58.5%并伴有高频脉动。全湍流连续伴随在最优外形的获取上则要领先于冻结湍流黏性假设,最佳翼型获得的尾桨相较于原始尾桨的拉力提高了10.9%,悬停效率提高了3.9%,扩大了尾桨进入涡环的临界侧风速度。