高速飞行复合式直升机旋翼受上洗时的驱转特性

doi:10.7527/S1000-6893.2023.29061

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高速飞行复合式直升机旋翼受上洗时的驱转特性

曾怡兰¹, 韩东¹(), 刘壮壮², 周鑫¹

^1.南京航空航天大学航空学院直升机动力学全国重点实验室，南京 210016
^2.中国航天空气动力技术研究院，北京 100074

收稿日期:2023-05-30 修回日期:2023-06-19 接受日期:2023-08-23 出版日期:2024-05-15 发布日期:2023-09-07
通讯作者: 韩东 E-mail:donghan@nuaa.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(11972181);江苏高校优势学科建设工程资助项目

Driving rotation characteristics of a compound helicopter’s rotor undergoing upwash in high⁃speed flight

Yilan ZENG¹, Dong HAN¹(), Zhuangzhuang LIU², Xin ZHOU¹

^1.National Key Laboratory of Helicopter Aeromechanics，College of Aerospace Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China
^2.China Academy of Aerospace Aerodynamics，Beijing 100074，China

Received:2023-05-30 Revised:2023-06-19 Accepted:2023-08-23 Online:2024-05-15 Published:2023-09-07
Contact: Dong HAN E-mail:donghan@nuaa.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(11972181);A Project Funded by the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institute （PAPD）

摘要/Abstract

摘要：

为研究高速飞行时复合式直升机旋翼受上洗时的驱转特性，在已有的直升机飞行性能模型基础上建立复合式直升机配平模型。以X³直升机为样例，探讨在旋翼受上洗流作用的驱转状态下升力分配和旋翼变转速对旋翼和直升机飞行性能的影响。研究表明：旋翼受上洗流作用时，从气流中吸收的能量随速度增加而增多，旋翼阻力功率增大。上洗流作用下的桨盘叶素扭矩分布与低速时的不同，产生驱转扭矩的区域明显增加，阻转扭矩较高的区域由后行侧变为前行侧。减小机翼安装角会降低机翼的升力占比，使旋翼阻力功率增加，对旋翼吸收气流能量有利，提升受上洗流作用时旋翼和直升机的性能。速度为400 km/h时，机翼安装角为8°的旋翼阻力功率比安装角为10°时高11.2%，旋翼和直升机升阻比分别增加了35.7%和2.6%。中高速飞行时，过度降低旋翼转速会导致机体抬头，旋翼吸收的气流能量增加。速度大于340 km/h后，机体保持水平，旋翼阻力功率减少，降旋翼转速不利于气流提供能量。然而，高速飞行时复合式直升机旋翼转速降低有利于减少旋翼功率消耗、提升飞行性能。

关键词: 复合式直升机, 旋翼, 驱转, 上洗气流, 升力分配, 旋翼变转速, 升阻比

Abstract:

To study the driving rotation characteristics of a compound helicopter’s rotor undergoing the upwash in high-speed flight， a compound helicopter trim model is established on the basis of an existing helicopter flight performance model. With a helicopter example similar to X³ helicopter， the effects of lift share and variable rotor speed on the flight performance of the rotor and helicopter are analyzed in the driving rotation state undergoing the upwash. The results show that the energy absorbed from the airflow increases with the increase of speed due to the upwash， and the rotor drag power increases. The torque distribution is different from that in low speed flight. The blade elements that produce the driving torque increase significantly， and the area with larger resistance torque shifts from the retreating blade to the advancing blade. Decreasing the incidence angle of the wing reduces the proportion of the wing lift， which results in an increase in the rotor drag power. This is beneficial for the rotor to absorb energy from the airflow and improve the performance of the rotor and helicopter as the rotor undergoes an upwash flow. At 400 km/h， the rotor drag power with the wing incidence angle of 8° is 11.2% higher than that of 10°， and the lift-to-drag ratios of the rotor and helicopter increase by 35.7% and 2.6%， respectively. In medium- or high-speed flight， excessive reduction of the rotor speed causes the fuselage to pitch up， and the energy absorbed from the airflow by the rotor increases. As the flight speed is larger than 340 km/h， the fuselage remains horizontal， and the rotor drag power is reduced. Reducing the rotor speed is not beneficial for the airflow to provide energy. However， reducing the rotor speed of the compound helicopter in high-speed flight is beneficial for reducing the rotor power consumption and improving the flight performance.

Key words: compound helicopter, rotor, driving rotation, upwash, lift share, variable rotor speed, lift-to-drag ratio

中图分类号:

V211.52

曾怡兰, 韩东, 刘壮壮, 周鑫. 高速飞行复合式直升机旋翼受上洗时的驱转特性[J]. 航空学报, 2024, 45(9): 529061-529061.

Yilan ZENG, Dong HAN, Zhuangzhuang LIU, Xin ZHOU. Driving rotation characteristics of a compound helicopter’s rotor undergoing upwash in high⁃speed flight[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(9): 529061-529061.

图/表 18

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参考文献 29

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

参数	旋翼	螺旋桨
旋翼半径/m	5.965	1.5
额定转速/（rad·s^-1）	37.7	176
桨叶弦长/m	0.385	0.42
桨叶负扭/（°）	-10	-35
桨叶翼型	OA212/OA209	Clark-Y
桨叶片数	5	5
挥舞铰偏置量/m	0.23
单位桨叶质量/（kg·m^-1）	6.74
距机身中轴线距离/m	0	3.87

参数	机翼	平尾	垂尾
展长/m	6	4	1.65
弦长/m	1.2	0.34	0.34
安装角/（°）	8	2	0
翼型	NACA0012	NACA0012	NACA0012
距旋翼轴的距离/m	（0，0，1.735）	（5.3，0，1.735）	（5.3，±1.42，0）

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