直升机涵道尾桨气动噪声特性风洞试验研究

基于中国航空工业空气动力研究院FL–52航空声学风洞试验条件,对直升机涵道尾桨模型的气动噪声特性进行了试验研究。对试验数据进行了射流剪切层影响修正,获得了涵道尾桨在悬停、前飞状态下的噪声频谱及远场指向性。分析了噪声随桨尖马赫数的变化规律,结果显示涵道尾桨气动噪声符合载荷噪声特性。对比了桨叶沿桨毂周向分布规律对气动噪声频谱特征的影响。获得了悬停和前飞状态下涵道对噪声传播的遮蔽效果影响,悬停状态下尾桨旋转平面内噪声降低约2 dB,前飞状态下尾桨旋转平面内噪声降低5~8 dB。

分布式涵道尾桨气动噪声特性研究

为研究新型分布式涵道尾桨噪声特性,建立了基于滑移网格和可穿透积分面的分布式涵道尾桨气动、噪声特性分析方法并验证了方法的有效性。流动控制方程采用非定常雷诺平均N-S方程,空间离散采用二阶逆风Roe格式,时间推进方法采用隐式LU-SGS格式,湍流模型采用S-A一方程湍流模型,噪声求解方法采用FW-H方程。基于建立的方法,对比分析了传统变总距孤立尾桨和电动变转速多涵道尾桨气动与噪声特性。结果表明:相同气动力状态下,相比于变总距孤立尾桨,在尾桨噪声主要影响方位(桨盘平面内),三涵道尾桨噪声降低5~6 dB。随着转速降低,分布式涵道尾桨噪声声压级逐渐降低。

涵道尾桨气动特性及翼型CFD分析

以Jameson/TVD混合格式对低速时的OAF和NACA63a312翼型的升阻特性进行了计算。该方法的特点是采用有限体积法进行离散,并用龙格-库塔时间推进法进行求解。通过将计算的结果与NASA公布的试验曲线进行对比,验证了该混合格式用于旋翼气动力计算的可行性。为了进一步研究旋翼的拉力和功率,本文建立了以微圆环动量理论和叶素理论为基础的计算模型,并用该模型计算了涵道尾桨在不同条件下的拉力和功率情况,计算的结果具有一定的代表性。

涵道尾桨的CFD模拟与验证

采用CFD(计算流体力学)方法分析在悬停和侧飞时直升机涵道尾桨的流场与性能。在轴对称的圆柱坐标系中,用有限容积法和S IM PLE(压力耦合方程的半隐式法)算法求解定常不可压的湍流N-S方程。在分析中,旋转的螺桨被描绘成沿螺桨桨叶展向分布的、与本地流动参数相关的、时间平均的动量源项,通过在N-S方程中加入此动量源项来替代螺桨对流体的作用。计算方法还包括涵道壁的阶梯型近似,原始变量的交错网格,k-ε湍流模型和涵道壁上的壁面函数法等措施。涵道尾桨的流场分析和性能预测同实验测量数据的良好的一致性表明,这种CFD方法可以有效的分析涵道尾桨的具体设计问题。

应用多块对接结构网格方法的直升机涵道尾桨气动特性分析

基于湍流Navier-Stokes方程,建立了一套直升机涵道尾桨流场及气动特性的CFD分析方法。在该方法中,针对直升机涵道尾桨流场的特点以及动量源方法对网格系统的要求,提出了一种多块对接网格生成方法,分块贴体网格采用求解Poisson方程的方法生成。通过结合涵道尾桨的运动方式、几何特征及气动特征,建立一个包含动量源项的N-S方程的涵道尾桨流场计算方法和迭代流程;为较好地捕捉涵道壁附近存在的旋涡及分离现象,采用了一方程S-A湍流模型。通过对ONERA M6机翼的绕流特性的计算分析,以及对涵道尾桨在悬停状态下的拉力、诱导速度、载荷分布等的计算分析,验证了该CFD方法的有效性。在此基础上,采用该方法进行直升机悬停、侧飞和前飞状态下涵道尾桨流场与气动特性的数值分析,得到了关于涵道尾桨流场和气动特性的一些有意义的结论。

涵道尾桨噪声辐射特性研究

通过理论和试验对涵道尾桨噪声辐射特性进行了研究。建立了涵道尾桨气动噪声的频域分析方法,采用面元-涡流理论计算涵道尾桨的气动载荷,采用Farassat 1A公式计算尾桨的自由声场噪声,涵道的声学散射效应通过频域的边界元法进行计算。通过对试验结果的分析研究了涵道尾桨噪声的辐射特性,并且利用试验结果对理论分析方法进行了验证。

直升机涵道尾桨与孤立尾桨的气动特性对比研究

本文推导了涵道尾桨的叶素理论公式，将文献［１］的滑流理论与叶素理论公式组合，建立了计算直升机悬停和侧风状态下涵道尾桨气动特性的方法。文中以某直升机涵道尾桨为算例，对比计算了涵道尾桨和孤立尾桨的拉力和功率。计算结果表明：保持桨盘面积相等，在小桨距角时涵道尾桨的拉力比孤立尾桨的小，但在大奖距角时悬停涵道尾桨拉力可大于孤立尾桨的拉力，这一结论证实了文献［２］的类似试验结果。在相同拉力或相同功率条件下，随着涵道拉力在总拉力中所占比例的增大，涵道尾桨比孤立尾桨的气动效能不断增加。

非对称布局形式的涵道尾桨气动特性

针对现行涵道尾桨无法提供升力的缺点,提出一种非对称布局形式的涵道尾桨结构。通过理论分析和数值模拟的方法,对该涵道尾桨的拓扑结构进行气动性能研究,得出涵道尾桨升力、拉力和扭矩分别与飞行速度和开口角有关的结论。对称结构和非对称结构的涵道尾桨气动特性对比结果表明:该非对称布局的涵道尾桨不仅可以产生较大的轴向拉力,对飞行器姿态进行操纵,而且还产生一定的径向力,为飞行器提供额外的升力。总之,该非对称布局的涵道尾桨具有一定的可行性和应用价值。

基于动量源方法的涵道尾桨CFD分析

本文采用CFD方法分析了悬停状态下涵道尾桨的流场特性。该方法以动量源代替桨叶对流场的作用来分析涵道尾桨的气动特性。即通过编写UDF程序把动量源加入到N-S方程中,建立了一套适合于直升机涵道尾桨流场和气动特性的CFD数值模拟方法。然后利用所建立的数值模拟方法对某个涵道尾桨进行分析,并与试验结果进行对比以验证数值方法的有效性。

前飞状态涵道尾桨气动特性CFD分析

本文利用CFD商业软件Fluent为平台,以动量源代替桨叶对流场的作用,通过编写UDF程序把动量源加入到N-S方程中。动量源方法的基本思想是利用作用力与反作用的规律,由于代表桨叶的薄圆柱体里的任一网格处动量源的表达式只与桨叶的几何参数与该网格的瞬时速度有关,从而建立了一套适合于悬停和前飞状态的能够实现尾桨和涵道相互耦合作用的CFD数值模拟方法。本文将在前面悬停流场模拟的基础上,进一步对前飞状态涵道尾桨系统的气动特性进行分析。

轻型直升机涵道尾桨的研究

本文简单介绍了轻型直升机涵道尾桨发展的情况,以欧直公司对新型涵道尾桨和 BELL 公司对 DTR尾桨所做的研究为例,阐述了影响涵道尾桨气动和声学性能的关键因素。

我国首次涵道尾桨噪声特性风洞试验完成

据航空工业消息,我国完成首次涵道尾桨气动噪声风洞试验。该试验由航空工业空气动力研究院(气动院)噪声团队近日在FL-52声学风洞完成,标志着我国直升机领域试验能力得到进一步拓展。据航空工业气动院噪声团队负责人介绍,该试验项目旨在为新型涵道尾桨降噪设计提供试验验证数据,同时形成先进的涵道尾桨噪声测量试验技术。

直升机带导流叶片涵道尾桨气动特性分析

基于网格重构技术建立了直升机涵道尾桨非定常数值模拟计算方法,并对某型直升机涵道尾桨非定常气动特性进行了计算。开展了涵道尾桨地面台架试验并对计算结果的精度进行了试验验证,验证了计算方法的准确性。通过分析某型直升机涵道尾桨非定常气动特性计算结果和试验结果,明确了涵道尾桨直升机涵道与尾桨相互作用的气动机理,进行了涵道尾桨直升机的涵道外形设计参数分析。分析了世界先进直升机涵道尾桨导流叶片构型,计算了某型直升机涵道尾桨加装导流叶片后的气动特性变化,阐释了导流叶片对涵道尾桨产生影响的气动机理。

矢量推进式直升机涵道尾桨设计研究

设计了一种新型的矢量推进式直升机涵道尾桨系统,通过试验模型对推进式涵道尾桨系统的气动特性进行了研究,详细测量了该系统在前飞和悬停状态下的气动力和力矩,获得了一些矢量推进式涵道尾桨系统特有的气动特性。

某涵道式尾桨直升机垂尾载荷实测研究

结合某涵道式尾桨直升机载荷谱试飞,研究分析垂尾实测载荷。通过地面载荷校准试验,采用多元回归分析,建立了载荷方程,统计了直升机典型飞行动作下的垂尾载荷,系统地分析了该型直升机垂尾实测载荷的影响因素,研究了载荷随直升机飞行状态参数的变化规律,讨论了不同直升机科目下的垂尾载荷变化规律及影响因素,建立了直升机部件实测载荷数据分析方法,为直升机后续试飞提供技术支持。

高低周复合载荷加载控制技术研究

某涵道尾桨疲劳寿命认定试验中,要对尾桨施加2种载荷,分别是沿叶身展向的低周离心力载荷和垂直于叶身的高周气动力载荷。这2种载荷需要同步协调加载,每一种载荷具有不同的幅值和频率,使用传统的单一设备,很难实现这2种载荷的同时加载。因此,经过分析,提出了利用2种设备分别施加高周载荷和低周载荷的方法,2种设备之间通过外部触发信号来实现2种载荷的同步协调加载。通过研究和试验,证明该方法切实可行,满足试验要求。

“海豚”系列直升机的发展特点

本文简要介绍了“海豚”系列直升机的发展过程,概述了单发与双发“海豚”的研制情况,结构特点,以及武装型“海豚”和21世纪“海豚”直升机研制情况,并归纳了“海豚”系列直升机发展的若干特点。

科技动态

国内首次涵道尾桨噪声特性风洞试验完成,近日,航空工业气动院噪声团队在FL-52声学风洞顺利完成国内首次涵道尾桨气动噪声风洞试验,使气动院在直升机领域的试验能力得以进一步拓展。直升机涵道尾桨噪声风洞试验项目旨在为新型涵道尾桨降噪设计提供试验验证数据,并以此为契机,形成先进的涵道尾桨噪声测量试验技术。此类试验属于国内首次,本期试验模型和支撑系统均为气动院自主设计与加工制造。

欧洲直升机公司加强研发更环保直升机

凭借过去几十年已经完成的研究（如针对连续三代涵道尾桨的成功研发），欧洲直升机公司现在拥有全世界最安静的直升机系列，并且正不断延续和加强在这一领域的努力，以满足更严格、更广泛的环保需求。多年以来，欧洲直升机公司已经与30余家合作伙伴协作，完成了“最佳友好直升机项目”中的部分研究。该研究主要专注于低航空器的噪声污染，通过研发有效的主桨噪声控制系统降低空气动力噪声。

预摘轻型双发王冠的EC155

近十年来,欧直公司研究开发了几项重要的直升机技术,加以应用后研制出几种独特的新型直升机。有装球柔性主桨和尾桨桨毂的MK2超“美洲豹”;装无轴承全复合材料主桨的EC135轻型直升机,它研制的涵道式尾桨噪音低,传动系统结构紧凑;最近研制的是由3片桨叶组成的以球柔性主桨系统和低噪音涵道尾桨为特点的EC120直升机。