倾转旋翼机风洞试验综述

doi:10.7527/S1000-6893.2024.30114

综述

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倾转旋翼机风洞试验综述

张卫国¹^,², 唐敏¹^,²(), 武杰¹^,², 彭先敏², 章贵川², 聂博文², 王亮权², 李超群²

^1.空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室，绵阳 621000
^2.中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，绵阳 621000

收稿日期:2024-01-08 修回日期:2024-01-26 接受日期:2024-03-21 出版日期:2024-05-15 发布日期:2024-03-29
通讯作者: 唐敏 E-mail:tangminwork2020@163.com
基金资助:
国家级项目

Overview of wind tunnel test research on tiltrotor aircraft

Weiguo ZHANG¹^,², Min TANG¹^,²(), Jie WU¹^,², Xianmin PENG², Guichuan ZHANG², Bowen NIE², Liangquan WANG², Chaoqun LI²

^1.State Key Laboratory of Aerodynamics，Mianyang 　621000，China
^2.Low Speed Aerodynamics Institute，China Aerodynamics Research and Development Center，Mianyang 　621000，China

Received:2024-01-08 Revised:2024-01-26 Accepted:2024-03-21 Online:2024-05-15 Published:2024-03-29
Contact: Min TANG E-mail:tangminwork2020@163.com
Supported by:
National Level Project

摘要/Abstract

摘要：

倾转旋翼机是下一代旋翼类飞行器发展的重点方向，其综合了旋翼机和固定翼飞机的优点，但也带来了更加复杂的空气动力学、结构动力学、飞行力学以及气弹耦合问题。风洞试验是认识和研究倾转旋翼机关键气动、结构和飞行问题的重要技术手段，针对国内外倾转旋翼机发展过程中的大量风洞试验进行了综合研究，给出了倾转旋翼机旋翼及其翼型、旋翼/机翼气动干扰、旋翼/机翼气弹稳定性、虚拟飞行等多种类型的试验模拟准则、设备设施、典型结果及主要结论，并结合国内倾转旋翼机的研发需求，提出了国内倾转旋翼机风洞试验技术的发展建议。

关键词: 倾转旋翼机, 风洞试验, 气动性能, 气弹耦合特性, 风洞自由飞试验

Abstract:

Tiltrotor aircraft is a significant trend in the development of the next generation of rotorcraft. It integrates the advantages of rotorcraft and fixed-wing aircraft， but also introduce more complex problems in terms of aerodynamics， structural dynamics， flight dynamics， and aeroelastic coupling. The wind tunnel experiment is an important technical method to understand and investigate the key aerodynamic， structural， and flight issues of tiltrotors. This paper give a comprehensive overview of a large number of wind tunnel tests in the development process of tiltrotor aircraft in China and other countries， and provides various types of test simulation criteria， equipment and facilities， typical results， and main conclusions of tests for tiltrotor aircraft rotors and corresponding airfoils， rotor/wing aerodynamic interference， rotor/wing aeroelastic stability， virtual flight， etc. Considering the research and development requirements， this paper also proposes suggestions for the development of wind tunnel testing technology for tiltrotor aircraft in China.

Key words: tiltrotor aircraft, wind tunnel test, aerodynamic performance, aeroelastic coupling characteristic, wind tunnel free flight test

中图分类号:

V211.4

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图/表 58

图 1

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表 1

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表 10

倾转旋翼机风洞模型自由飞试验参数相似关系

参数	比例因子	参数	比例因子
缩比（几何相似）	$N$	线速度	$N$
$v 2 / g l$ （Fr数相似）	1	线加速度	1
$m / l 3 ρ$ （质量相似）	1	角度	1
$J / l 5 ρ$ （惯量相似）	1	角速度	$N - 0.5$
时间	$N$	角加速度	$1 / N$
雷诺数	$N 1.5 υ$	动压	$N σ - 1$

表 10

图 47

图 48

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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	数值
旋翼最大直径/m	7.92
桨毂中心距地板高度/m	5.94
试验台主体结构直径/m	3.56
桨毂中心至天平中心距离/m	2.24
电机最大功率/kW	4 474
旋翼最高转速/（r·min^-1）	630
固定翼模式最大风速/（m·s^-1）	154
直升机模式最大风速/（m·s^-1）	92.6
旋翼最大拉力/N	133 356
旋翼最大扭矩/（N·m）	8 136

参数	数值
旋翼最大直径/m	3
电机最大功率/kW	180
旋翼最高转速/（r·min^-1）	2 300
短舱倾角范围/（°）	95~0
最大风速/（m·s^-1）	80
总距操纵范围/（°）	0~40

参数	TRAST试验台	MTR试验台
气动外形	XV-15	XV-15（部分参考）
旋翼直径/m	2.44	1.45
旋翼悬停转速/（r·min^-1）	909	1 050
桨毂形式	无饺式/万向铰式	无饺式/万向铰式
桨叶翼型	XV-15旋翼翼型	VR-7
机翼翼型	XV-15机翼翼型	NACA0018
δ₃调节范围/（°）	-30~30/5 间隔	-15（不可调）
总距范围/（°）	-5~65	17~75
翼展/m	1.34	0.87
机翼弦长/m	0.46	0.4

风洞/场地	NFAC OARF	NFAC 12 m×24 m	DNW-LLF
试验台	PTR	PTR	TRAM
模型比例	0.658		0.25
旋翼半径/m	3.81		1.45
实度	0.113 8		0.105
翼型	XN系列翼型
扭转	32°~-6°，非线性

主要参数	XV-3	XV-15	V-22
旋翼直径/m	7	7.62	11.58
翼型	NACA0015	NACA64系列	XN系列
扭转角/（°）	1（线性）	-41（非线性）	-47.5（非线性）
实度	0.051	0.089	0.105
δ₃/（°）	20	-15	-15
桨尖形状	矩形	矩形	矩形
桨叶片数	2	3	3

倾转旋翼机风洞试验综述

Overview of wind tunnel test research on tiltrotor aircraft

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