直升机全机气动噪声特性风洞试验

doi:10.7527/S1000-6893.2025.32072

流体力学与飞行力学

本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索

前一篇 |

直升机全机气动噪声特性风洞试验

梁勇¹^,², 张卫国¹^,²(), 车兵辉¹^,², 袁红刚¹^,², 魏春华¹^,², 杨柠檬¹^,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:2025-04-03 修回日期:2025-05-04 接受日期:2025-05-30 出版日期:2025-06-23 发布日期:2025-06-20
通讯作者: 张卫国 E-mail:zwglxy@163.com
基金资助:
省部级项目

Wind tunnel tests of aeroacoustic characteristic for helicopter aircraft model

Yong LIANG¹^,², Weiguo ZHANG¹^,²(), Binghui CHE¹^,², Honggang YUAN¹^,², Chunhua WEI¹^,², Ningmeng YANG¹^,²

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

Received:2025-04-03 Revised:2025-05-04 Accepted:2025-05-30 Online:2025-06-23 Published:2025-06-20
Contact: Weiguo ZHANG E-mail:zwglxy@163.com
Supported by:
Provincial and Ministerial Level Project

摘要/Abstract

摘要：

基于声学风洞开展直升机全机气动噪声特性研究，是评估直升机气动噪声水平的一种有效手段。针对直升机全机构型开展气动噪声试验，系统研究了直升机全机及不同部件组合的气动噪声特性。首先，通过对比国内外不同风洞性能数据，评估了试验风洞的信噪比，确保了试验结果的准确性；其次，针对旋翼/机身构型开展了不同飞行工况下的气动噪声风洞试验，研究了前进比、升力系数、总距和轴倾角等参数对噪声频谱特性、倍频噪声幅值和总声压级的影响；最后，研究了尾桨对全机噪声辐射特性的影响，并对全机噪声特征影响参数进行了分析。研究结果表明，悬停和前飞时尾桨会导致全机中高频段噪声增加；轴倾角对不同构型的噪声特性影响较大，前飞状态下升力系数主要对低频段和中频段噪声产生影响，斜下降状态下升力系数主要对中高频段噪声产生明显影响；尾桨主要在悬停和水平前飞状态下对全机噪声有增强作用，在斜下降状态下由于桨-涡干扰（BVI）的强噪声覆盖作用，尾桨噪声对全机噪声大小和辐射特性的影响相对较小。

关键词: 直升机, 气动噪声, 全机构型, 部件影响, 风洞试验

Abstract:

Conducting research on the aeroacoustic characteristics of helicopters in a wind tunnel is an effective method for evaluating helicopter noise levels. Aeroacoustic tests were conducted on the full helicopter configuration， systematically investigating the noise characteristics of the complete aircraft and various component assembly configurations. Firstly， to ensure the accuracy of the test results， the precision of the model control and ratio of the signal and noise were validated by comparing the test data from different wind tunnels at home and abroad. Secondly， by conducting aeroacoustic wind tunnel tests on main rotor/fuselage configurations， the impact of parameters such as advance ratio， thrust coefficient， collective pitch angle， and shaft tilt angle on noise spectrum characteristics， harmonic noise amplitude， and overall sound pressure level was analyzed. Finally， the contribution of the tail rotor to the aeroacoustic performance of the full configuration was also analyzed， followed by a parametric analysis of the dominant noise contributors. The research results indicate that in the hovering state and forward flight， the tail rotor increases mid-to-high-frequency noise. The shaft tilt angle significantly impacts noise characteristics across different configurations， and in forward flight， the thrust coefficient primarily affects low- and mid-frequency noise， whereas under descent flight condition， its influence shifts to mid-and high-frequency noise. The tail rotor enhances overall noise in hover and level forward flight. However， under descent flight conditions， its contribution becomes less pronounced due to the dominant noise generated by Blade-Vortex Interaction （BVI）.

Key words: helicopter, aeroacoustics, aircraft configuration, components influence, wind tunnel test

中图分类号:

V211.52

梁勇, 张卫国, 车兵辉, 袁红刚, 魏春华, 杨柠檬. 直升机全机气动噪声特性风洞试验[J]. 航空学报, 2025, 46(24): 132072.

Yong LIANG, Weiguo ZHANG, Binghui CHE, Honggang YUAN, Chunhua WEI, Ningmeng YANG. Wind tunnel tests of aeroacoustic characteristic for helicopter aircraft model[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(24): 132072.

图/表 19

图 1

图 2

图 3

表1

试验参数

试验状态	试验参数
悬停	总距 $θ 0.7 = 2 °, 4 °, 7 °, 9 °, 11 °$
前飞	前进比 $μ = 0.1,0.15,0.2,0.25$
	升力系数C_L =0.006，0.008，0.010，0.012
	轴倾角α_s=-6°，-2°，2°，3°，5°

表1

图 4

图 5

图 6

图 7

图 8

图 9

图 10

图 11

图 12

图 13

图 14

图 15

图 16

图 17

图 18

参考文献 37

[1]	SCHMITZ F H. The challenges and possibilities of a truly quiet helicopter［J］. Journal of the American Helicopter Society，2016， 61（4）： 1-33.
[2]	HELLER H. Into the physics of rotor aeroacoustics：Highlights of recent European helicopter noise research［C］∥Fifth International Congress on Sound and Vibration. 1997.
[3]	WILSON J C. A general rotor model system for wind-tunnel investigations［J］. Journal of Aircraft， 1977， 14（7）： 639-643.
[4]	KELLEY H L. Aerodynamic performance of a 0.27-scale model of an AH-64 helicopter with baseline and alternate rotor blade sets： NASA-TM-4201［R］. Washington， D.C.： NASA， 1990.
[5]	STRAUB F K， JOHNSTON R A， HEAD R E， et al. Design and development of a dynamically scaled model AH-64 main rotor［C］∥Aircraft Design Systems and Operations Meeting. Reston： AIAA， 1984.
[6]	WELLER W H. Experimental investigation of effects of blade tip geometry on loads and performance for an articulated rotor system： NASA-TP-1303［R］. Washington， D.C.： NASA， 1979.
[7]	SCHEIMAN J M， HOAD D R. Investigation of blade impulsive noise on a scaled fully articulated rotor system： NASA-TM-X-3528［R］. Washington， D.C.： NASA， 1977.
[8]	MARTIN R M， BURLEY C L， ELLIOTT J W. Acoustic test of a model rotor and tail rotor： Results for the isolated rotors and combined configuration： NASA-TM-101550 ［R］. Washington， D.C.： NASA， 1989.
[9]	NORMAN T R， SHINODA P M， KITAPLIOGLU C， et al. Low-speed wind tunnel investigation of a full-scale UH-60 rotor system［C］∥American Helicopter Society 58th Annual Forum. Alexandria： American Helicopter Society， 2002.
[10]	RUSSELL C R. Shake test results and dynamic calibration efforts for the large rotor test apparatus［C］∥Decennial AHS Aeromechanics Specialists Euro Conference. Alexandria： American Helicopter Society， 2014.
[11]	SHINODA P M. Full-scale S-76 rotor performance and loads at low speeds in the NASA Ames 80-by 120-foot wind tunnel： NASA-TM-110379［R］. Washington， D.C.： NASA， 1996.
[12]	PETERSON R L. Full-scale hingeless rotor performance and loads： NASA-TM-110356［R］. Washington， D.C.： NASA， 1995.
[13]	STRAUB F K， ANAND V R， BIRCHETTE T S， et al. SMART rotor development and wind-tunnel test［C］∥35th European Rotorcraft Forum. Hamburg： German Aerospace Society， 2009.
[14]	STRAUB F K， ANAND V R， BIRCHETTE T S. SMART rotor wind tunnel test report： NASA/CR-2015-219075［R］. Washington， D.C.： NASA， 2015.
[15]	STRAUB F K， ANAND V R， LAU B H， et al. Wind tunnel test of the SMART active flap rotor［J］. Journal of the American Helicopter Society， 2018， 63（1）： 1-16.
[16]	JACKLIN S A， LAU B H， NGUYEN K Q， et al. Full-scale wind tunnel test of the McDonnell Douglas five-bladed advanced bearingless rotor： Performance， stability， loads， control power， vibration， and HHC data［C］∥Alexandria： American Helicopter Society， 1994.
[17]	SEIDEL M， MAARSINGH R. Test capabilities of the Germ-Dutch wind tunnel DNW for rotors， Helicopters and V/STOL aircraft［C］∥Fifth European rotorcraft and Powered Lift Aircraft Forum. 1979.
[18]	VAN DITSHUIZEN J C A. Helicopter model noise testing at DNW status and prospects［C］∥Thirteenth European Rotorcraft Forum. 1987.
[19]	LANGER H， BRAUN G， JUNKER B， et al. Helicopter rotor test rig （RoTest） in DNW： Application and results［R］. Amsterdam： DNW， 1989.
[20]	YU Y H， GMELIN B， HELLER H， et al. HHC aeroacoustics rotor test at the DNW： The joint German/French/US HART project［C］∥Proceedings of the 20th European Rotorcraft Forum. 1994.
[21]	SPLETTSTOESSER W R， KUBE R， SEELHORST U， et al. Higher harmonic control aeroacustic rotor test （HART）： Test documentation and representative results［R］. Braunschweig： DLR， 1996.
[22]	SPLETTSTOESSER W R， KUBE R， WAGNER W， et al. Key results from a higher harmonic control aeroacoustic rotor test （HART）［J］. Journal of the American Helicopter Society， 1997， 42（1）： 58-78.
[23]	RACHAPROLU J S， GREENWOOD E. Helicopter noise source separation using an order tracking filter［J］. Journal of the American Helicopter Society， 2024， 69（1）： 1-9.
[24]	OLSMAN W F J. Method for the extraction of helicopter main and tail rotor noise［J］. Journal of Aircraft， 2017， 55（2）： 805-816.
[25]	VISINTAINER J A， BURLEY C L， MARCOLINI M A， et al. Acoustic predictions using measured pressures from a model rotor in the DNW［J］. Journal of the American Helicopter Society， 1993， 38（3）： 35-44.
[26]	RAFFEL M， BAUKNECHT A， RAMASAMY M， et al. Contributions of particle image velocimetry to helicopter aerodynamics［J］. AIAA Journal， 2017， 55（9）： 2859-2874.
[27]	王伟琪，陈希，招启军. 地效环境下悬停状态直升机旋翼桨/涡干扰噪声特性［J］. 航空学报， 2024， 45（12）： 129196.
	WANG W Q， CHEN X， ZHAO Q J. Hovering helicopter rotor blade/vortex interaction noise characteristics in ground effect environment［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2024， 45（12）： 129196 （in Chinese）.
[28]	史勇杰，徐国华. 飞行参数对旋翼桨-涡干扰噪声特性的影响机理研究［J］. 航空学报， 2013， 34（11）： 2520-2528.
	SHI Y J， XU G H. Research on the influence of flight parameters on helicopter rotor BVI noise characteristics［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2013， 34（11）： 2520-2528 （in Chinese）.
[29]	王亮权，徐国华，史勇杰，等. 高阶谐波控制对旋翼桨-涡干扰载荷和噪声的影响［J］. 航空学报， 2017， 38（7）： 520847.
	WANG L Q， XU G H， SHI Y J， et al. Influence of higher harmonic control on airload and acoustics of rotor blade-vortex interaction［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2017， 38（7）： 520847 （in Chinese）.
[30]	韩少强，宋文萍，韩忠华，等. 高速共轴刚性旋翼非定常流动高精度数值模拟［J］. 航空学报， 2024， 45（9）： 529064.
	HAN S Q， SONG W P， HAN Z H， et al. High-accuracy numerical-simulation of unsteady flow over high-speed coaxial rigid rotors［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2024， 45（9）： 529064 （in Chinese）.
[31]	祁浩天，王亮权，张卫国，等. 旋翼间距对共轴刚性旋翼气动噪声的影响［J］. 航空学报， 2024， 45（21）： 130153.
	QI H T， WANG L Q， ZHANG W G， et al. Effect of rotor spacing on aerodynamic noise of rigid coaxial rotor［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2024， 45（21）： 130153 （in Chinese）.
[32]	刘琦，史勇杰，胡志远，等. 共轴刚性旋翼气动及噪声特性的参数影响分析［J］. 航空学报， 2024， 45（9）： 528856.
	LIU Q， SHI Y J， HU Z Y， et al. Parameter effects analysis on aerodynamic and aeroacoustic characteristics of coaxial rigid rotor［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2024， 45（9）： 528856 （in Chinese）.
[33]	马锦超，陆洋，王亮权，等. 基于高阶谐波控制的倾转旋翼近场气动噪声主动控制试验［J］. 航空学报， 2024， 45（9）： 528602.
	MA J C， LU Y， WANG L Q， et al. Active control test of tiltrotor near-field aeroacoustics based on higher harmonic control［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2024， 45（9）： 528602 （in Chinese）.
[34]	刘向楠，刘少腾，周国成，等. 旋翼桨-涡干扰噪声特性风洞试验研究［J］. 实验流体力学， 2023， 37（3）： 84-91.
	LIU X N， LIU S T， ZHOU G C， et al. Wind tunnel test research on the characteristics of rotor blade-vortex interaction noise［J］. Journal of Experiments in Fluid Mechanics， 2023， 37（3）： 84-91 （in Chinese）.
[35]	丁存伟，周国成，陈宝，等. 直升机涵道尾桨气动噪声特性风洞试验研究［J］. 实验流体力学， 2023， 37（3）： 107-112.
	DING C W， ZHOU G C， CHEN B， et al. Experimental study on aerodynamic noise characteristics of helicopter ducted tail rotor［J］. Journal of Experiments in Fluid Mechanics， 2023， 37（3）： 107-112 （in Chinese）.
[36]	LANGER H J， PETERSON R L， MAIER T H. An experimental evaluation of wind tunnel wall correction methods for helicopter performance［C］∥American Helicopter Society 52nd Annual Forum. Alexandria： American Helicopter Society， 1996.
[37]	孙正荣. BO-105旋翼模型第二期8米×6米风洞对比试验［J］. 气动实验与测量控制， 1995， 9（1）： 46-51.
	SUN Z R. Experiments of BO-105 rotor model in 8 m×6 m wind tunnel of CARDC for the second data comparisons［J］. Journal of Experiments in Fluid Mechanics， 1995， 9（1）： 46-51 （in Chinese）.

E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

关于我们

期刊社服务

专业学科

封面文章

友情链接

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

直升机全机气动噪声特性风洞试验

Wind tunnel tests of aeroacoustic characteristic for helicopter aircraft model

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 19

参考文献 37

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	章涛, 李攀, 王梓旭, 朱振华. 面向直升机姿态控制的强化学习奖励函数设计[J]. 航空学报, 2025, 46(S1): 732184-732184.
[2]	谭剑锋, 闫羽泽, 张卫国, 刘亚奎, 邵天双. 沙盲环境直升机桨叶磨损分析方法[J]. 航空学报, 2025, 46(9): 431012-431012.
[3]	王科雷, 周洲, 李明浩. 动力翼单元松耦合设计方法研究及试验验证[J]. 航空学报, 2025, 46(9): 212-229.
[4]	魏礼响, 徐惊雷, 陈匡世, 黄帅, 葛建辉, 宋光韬. 宽域高超声速飞行器可调矢量喷管方案设计与性能研究[J]. 航空学报, 2025, 46(8): 631086-631086.
[5]	易贤, 任靖豪, 赖庆仁, 刘宇, 王强. 大型飞机全尺寸多段翼结冰特性计算和试验[J]. 航空学报, 2025, 46(5): 531575-531575.
[6]	万志强, 张珊珊, 王晓喆, 马靓, 许翱, 吴志刚, 杨超. 弹性飞机机动载荷分析与减缓技术综述[J]. 航空学报, 2025, 46(3): 30279-030279.
[7]	梁彬, 赵俊波, 付增良, 周家检, 周平, 张石玉, 孙玮琪. 气体质量引射对钝锥俯仰特性的影响[J]. 航空学报, 2025, 46(3): 130822-130822.
[8]	吴军强, 魏志, 刘洋, 钟敏, 杨福军, 余永刚. 民机标准模型体系及气动主题数据库建设[J]. 航空学报, 2025, 46(24): 132030-132030.
[9]	王洛烽, 陈仁良, 冯瑞. 直升机扫雷系统跨介质刚柔耦合建模与配平分析[J]. 航空学报, 2025, 46(22): 231900-231900.
[10]	王伟, 李军府, 钱丰学, 谭玉婷, 赵彦, 赵博文, 陈晴, 宋科. 一种超声速民机低声爆高效气动布局风洞试验[J]. 航空学报, 2025, 46(20): 531941-531941.
[11]	张辉, 艾俊强, 秦坤, 唐祥希, 季军. 超声速引射排气系统推力特性风洞试验[J]. 航空学报, 2025, 46(20): 531934-531934.
[12]	陈正武, 姜裕标, 卢翔宇, 李抢斌. 开式转子气动噪声风洞试验[J]. 航空学报, 2025, 46(2): 130425-130425.
[13]	李学良, 李创创, 张亚寒, 苏伟, 吴杰. 分布式烧蚀形貌对高超声速平板边界层不稳定性影响[J]. 航空学报, 2025, 46(2): 130464-130464.
[14]	蔡明, 高丽敏, 李瑞宇, 欧阳波, 刘波. 亚声速压气机平面叶栅风洞标准模型建立[J]. 航空学报, 2025, 46(2): 130547-130547.
[15]	李瑞宇, 蔡明, 欧阳波, 高丽敏, 刘波, 刘宝杰. 典型高负荷大弯角压气机叶型的标准叶栅试验[J]. 航空学报, 2025, 46(16): 131651-131651.