旋翼流动对桨-涡干扰噪声的影响机理试验

doi:10.7527/S1000-6893.2025.32182

流体力学与飞行力学

本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索

前一篇 |

旋翼流动对桨-涡干扰噪声的影响机理试验

孙伟¹(), 张羽霓¹, 刘婷², 史喆羽³, 林永峰¹

^1.中国直升机设计研究所直升机动力学全国重点实验室，景德镇 333001
^2.航天时代飞鸿技术有限公司，北京 100094
^3.中国空气动力研究与发展中心，绵阳 621000

收稿日期:2025-04-29 修回日期:2025-05-19 接受日期:2025-06-13 出版日期:2025-07-18 发布日期:2025-07-03
通讯作者: 孙伟 E-mail:sunw017@avic.com
基金资助:
直升机动力学全国重点实验室基金(2024-CXPT-GF-JJ-093-05)

Experiment on influence mechanism of rotor flow on blade-vortex interaction noise

Wei SUN¹(), Yuni ZHANG¹, Ting LIU², Zheyu SHI³, Yongfeng LIN¹

^1.National Key Laboratory of Helicopter Aeromechanics，China Helicopter Research and Development Institute，Jingdezhen 333001，China
^2.Aerospace Times FeiHong Technology Company Limited，Beijing 100094，China
^3.China Aerodynamics Research and Development Center，Mianyang 621000，China

Received:2025-04-29 Revised:2025-05-19 Accepted:2025-06-13 Online:2025-07-18 Published:2025-07-03
Contact: Wei SUN E-mail:sunw017@avic.com
Supported by:
National Key Laboratory of Helicopter Aeromechanics Funding(2024-CXPT-GF-JJ-093-05)

摘要/Abstract

摘要：

直升机旋翼桨-涡干扰（BVI）噪声是一种严重的脉冲声源，为研究旋翼非定常流动对桨-涡干扰噪声的影响机理，基于麦克风球面声阵列测量技术、桨叶表面压力测量技术和粒子图像测速（PIV）技术，在声学风洞环境下测量获得了旋翼不同状态下的桨-涡干扰噪声特性、压力分布和非定常流动特性，并总结了前进比、斜下降角和垂向力系数等旋翼状态参数对桨-涡干扰噪声的影响，揭示了旋翼桨叶表面压力、涡运动轨迹对桨-涡干扰噪声的影响机理。分析结果表明：桨-涡干扰噪声的主要辐射方向覆盖了第一到第三象限的大部分范围，在时域上表现为峰值很高的脉冲声压，且主要声能量频率集中在中高频段的旋转频率的倍频上；桨-涡干扰主要发生在桨叶前缘，一般在0.3倍弦长以内，越靠近前缘干扰越强，且上下翼面干扰载荷的脉冲方向相反；对于5片桨叶旋翼，平行桨-涡干扰的相位约为60°；平行干扰状态下，桨叶展向大部分范围均与涡发生了干扰作用，产生了噪声的集聚效应；旋翼前进比和斜下降角的变化会引起旋翼附近流动的变化，进而改变脱落的桨尖涡的运动轨迹以及桨叶与涡干扰的相对角度、距离和干扰相位，从而影响了旋翼桨-涡干扰噪声；旋翼垂向力系数改变不会影响桨尖涡的运动轨迹，但会影响旋翼桨尖涡的涡强，进而影响桨-涡干扰噪声的强度。

关键词: 旋翼, 桨-涡干扰噪声, 测压, PIV, 影响机理, 风洞试验

Abstract:

The Blade-Vortex Interaction （BVI） noise of helicopter rotor is a severe impulsive noise source. In order to investigate the influence mechanism of the unsteady flow of the rotor on the BVI noise characteristics， the noise characteristics， pressure distribution， and unsteady flow characteristics of the different rotor conditions are measured based on the microphone spherical array measurement technology， the blade surface pressure measurement technology， and the Particle Image Velocimetry （PIV） technology in an acoustic tunnel environment. The influences of the advance ratio，oblique descent angle， and lift coefficient on the BVI noise are obtained. The influence mechanism of the rotor surface pressure and the vortex motion trajectory on the BVI noise are revealed. The analysis results show that the main radiation direction of BVI noise covers most of the first to third quadrants. In the time domain， it shows a high peak pulse noise pressure， and the main sound energy frequency is concentrated on the multiples of the rotational frequency in the medium- and high-frequency bands. The BVI noise mainly occurs at the blade leading edge， generally within 0.3 times of the chord length， with intensity inversely proportional to the distance. Upper and lower surface interaction loads exhibit opposing impulsive directions. For 5-bladed rotors， parallel BVI phases approximate 60°. Spanwise cumulative noise effects arise from extensive BVI during parallel BVI. The change of the rotor advance ratio and oblique descent angle will cause the change of the flow near the rotor， which will change the motion trajectory of the blade tip vortex， and then change the relative angle， distance， and interference phase between the blade and the vortex， thus affecting the BVI noise. Vertical force coefficient modifications impact vortex strength rather than trajectory， which directly influence BVI noise intensity.

Key words: rotor, Blade-Vortex Interaction (BVI) noise, pressure measurement, PIV, influence mechanism, wind tunnel test

中图分类号:

V211.52

孙伟, 张羽霓, 刘婷, 史喆羽, 林永峰. 旋翼流动对桨-涡干扰噪声的影响机理试验[J]. 航空学报, 2026, 47(3): 132182.

Wei SUN, Yuni ZHANG, Ting LIU, Zheyu SHI, Yongfeng LIN. Experiment on influence mechanism of rotor flow on blade-vortex interaction noise[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(3): 132182.

图/表 27

表 1

图 1

图 2

表2

图 3

图 4

表 3

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

图 19

图 20

图 21

图 22

图 23

图 24

参考文献 23

[1]	邓景辉，朱文庆，张威，等. 直升机气动噪声抑制与飞行测试研究进展［J］. 南京航空航天大学学报（自然科学版）， 2023， 55（2）： 169-185.
	DENG J H， ZHU W Q， ZHANG W， et al. Progress in suppression and flight measurement for helicopters noise［J］. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics （Natural Science Edition）， 2023， 55（2）： 169-185 （in Chinese）.
[2]	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）.
[3]	JOHNSON C， SIROHI J. An experimental study of stacked rotor tip vortex interaction in hover［J］. Journal of the American Helicopter Society， 2024， 69（4）： 1-14.
[4]	GREENWOOD E， SIM B W， BOYD D D. Effects of ambient conditions on helicopter harmonic noise radiation： Theory and experiment［J］. Journal of the American Helicopter Society， 2024， 69（1）： 1-17.
[5]	JAIN R， CONLISK A T. Interaction of tip-vortices in the wake of a two-bladed rotor in axial flight［J］. Journal of the American Helicopter Society， 2000， 45（3）： 157-164.
[6]	KOUSHIK S， SCHMITZ F H. Understanding in-plane helicopter blade-vortex interaction （BVI） noise［C］∥ American Helicopter Society 68th Annual Forum. Alexandria： American Helicopter Society， 2012： 1-12.
[7]	RAMASAMY M， LEISHMAN J G. Interdependence of diffusion and straining of helicopter blade tip vortices［J］. Journal of Aircraft， 2004， 41（5）： 1014-1024.
[8]	YU Y H， TUNG C， VAN DER WALL B G， et al. The HART-Ⅱ test： Rotor wakes and aeroacoustics with higher-harmonic pitch control （HHC） inputs： The joint German/French/Dutch/US project［C］∥American Helicopter Society 58th Annual Forum. Alexandria： American Helicopter Society， 2002.
[9]	VAN DER WALL B G， BURLEY C L， YU Y， et al. The HART Ⅱ test： Measurement of helicopter rotor wakes［J］. Aerospace Science and Technology， 2004， 8（4）： 273-284.
[10]	MARTIN P B， LEISHMAN J G， PUGLIESE J G， et al. Stereoscopic PIV measurements in the wake of a hovering rotor［C］∥American Helicopter Society 56th Annual Forum. Alexandria： American Helicopter Society， 2000.
[11]	YU Y H， TUNG C， GALLMAN J， et al. Aerodynamics and acoustics of rotor blade-vortex interactions［J］. Journal of Aircraft， 1995， 32（5）： 970-977.
[12]	BOXWELL D A， SCHMITZ F H， SPLETTSTOESSER W R， et al. Helicopter model rotor-blade vortex interaction impulsive noise： Scalability and parametric variations［J］. Journal of the American Helicopter Society， 1987， 32（1）： 3-12.
[13]	ZHAO Y Y， SHI Y J， XU G H. Helicopter blade-vortex interaction airload and noise prediction using coupling CFD/VWM method［J］. Applied Sciences， 2017， 7（4）： 381
[14]	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）.
[15]	史勇杰，徐国华，王菲. 直升机旋翼桨-涡干扰脉冲噪声传播特性研究［J］. 南京航空航天大学学报（自然科学版）， 2014， 46（2）： 212-217.
	SHI Y J， XU G H， WANG F. Propagation characteristics of helicopter rotor blade-vortex interaction noise［J］. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics （Natural Science Edition）， 2014， 46（2）： 212-217 （in Chinese）.
[16]	王菲，徐国华，胡志远. 大气环境对直升机旋翼桨-涡干扰噪声辐射特性的影响［J］. 南京航空航天大学学报（自然科学版）， 2020， 52（2）： 304-310.
	WANG F， XU G H， HU Z Y. Effects of atmospheric environment on helicopter blade-vortex interaction noise radiation characteristics［J］. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics （Natural Science Edition）， 2020， 52（2）： 304-310 （in Chinese）.
[17]	陈文轩. 直升机桨-涡干扰试验研究［J］. 直升机技术， 2010（1）： 1-14.
	CHEN W X. The experiment study of helicopter blade-vortex interaction［J］. Helicopter Technique， 2010（1）： 1-14 （in Chinese）.
[18]	刘正江，黄建萍，陈焕，等. 旋翼桨涡干扰噪声特性试验技术研究［J］. 直升机技术， 2019（1）： 43-47.
	LIU Z J， HUANG J P， CHEN H， et al. Study on characteristic of rotor blade-vortex interaction noise［J］. Helicopter Technique， 2019（1）： 43-47 （in Chinese）.
[19]	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）.
[20]	杨永东. 悬停及前飞状态下旋翼尾迹的显示与测量［C］∥ 第十八届全国直升机年会. 2002.
	YANG Y D. Visualization and measurement of rotor wake in hover and forward［C］∥18th National Helicopter Annual Conference. 2002 （in Chinese）.
[21]	袁红刚，李进学，杨永东，等. 前飞状态旋翼尾迹测量试验研究［J］. 实验流体力学， 2010， 24（4）： 29-32.
	YUAN H G， LI J X， YANG Y D， et al. Test investigation of wake measurement for rotors in forward flight［J］. Journal of Experiments in Fluid Mechanics， 2010， 24（4）： 29-32 （in Chinese）.
[22]	江露生，曹亚雄，刘婷，等. 共轴刚性旋翼悬停状态桨叶表面压力测量试验与计算研究［J］. 北京航空航天大学学报， 2021， 47（12）： 2484-2493.
	JIANG L S， CAO Y X， LIU T， et al. Experimental and computational study on blade surface pressure measurement of coaxial rigid rotor in hovering state［J］. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics， 2021， 47（12）： 2484-2493 （in Chinese）.
[23]	唐朝，招启军，王博，等. 用于BVI噪声试验的新型涡发生器设计与分析［J］. 南京航空航天大学学报（自然科学版）， 2018， 50（2）： 157-166.
	TANG C， ZHAO Q J， WANG B， et al. Design and analysis of new type vortex generator for BVI noise experiment［J］. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics（Natural Science Edition）， 2018， 50（2）： 157-166 （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

参数	数值
旋翼直径/m	2
旋转方向	俯视顺时针
桨毂形式	无铰式
桨叶片数	5
额定转速/（r·min^-1）	2 064

测点编号	方位角/（°）	桨盘夹角/（°）	距离
4~13	90	0~90（间隔10°）	5R
14	135	0	5R
15	135	15	5R
16	135	30	5R
33	135	0	6R
34	135	30	6R

转速/（r·min^-1）	前进比	垂向力系数	下降角度/（°）
2 064	0.1~0.3	0.013	-6
2 064	0.16	0.013	-8~0（间隔2°）
2 064	0.16	0.009，0.011	-6

旋翼流动对桨-涡干扰噪声的影响机理试验

Experiment on influence mechanism of rotor flow on blade-vortex interaction noise

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 27

参考文献 23

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	王传达, 金坤健, 喻国瑞, 黄国科, 王刚, 彭海军. 考虑锥体约束的旋翼振动闭环控制及试验[J]. 航空学报, 2026, 47(2): 232096-232096.
[2]	牛飞航, 尹乔之, 魏小辉, 梁伟华, 聂宏. 基于主动柔顺控制的仿生起落架缓冲方法[J]. 航空学报, 2026, 47(1): 632001-632001.
[3]	刘洋, 史勇杰, 徐国华. 低空复杂风场下旋翼气动干扰特性风洞试验[J]. 航空学报, 2026, 47(1): 632054-632054.
[4]	吴林波, 孟澍, 张威, 谭剑锋. 直升机近地飞行扬沙抑制的旋翼布局参数[J]. 航空学报, 2026, 47(1): 632003-632003.
[5]	郑礼雄, 陈喆, 王鑫, 招启军. 融合数据自适应BPNN的倾转旋翼机回转颤振边界预测[J]. 航空学报, 2025, 46(S1): 732159-732159.
[6]	贺炅, 任斌武, 杜思亮, 徐尤松, 王博. 基于ADRC-RBF倾转四旋翼无人机姿态自适应控制[J]. 航空学报, 2025, 46(S1): 732189-732189.
[7]	张夏阳, 罗彬, 陈希, 杨涛. 倾转四旋翼机高效低噪旋翼外形优化设计[J]. 航空学报, 2025, 46(S1): 732183-732183.
[8]	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.
[9]	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.
[10]	杨一凡, 王潇. 基于改进混合涡粒子法的倾转旋翼机旋翼/机翼气动干扰研究[J]. 航空学报, 2025, 46(7): 131040-131040.
[11]	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.
[12]	高天翔, 罗振兵, 周岩, 彭文强, 程盼. 合成双射流控制水滴轨迹特性实验[J]. 航空学报, 2025, 46(4): 130833-130833.
[13]	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.
[14]	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.
[15]	程卫真, 王泽峰, 耿丽松, 郑甲宏, 焦帅克, 李康. 旋翼桨叶结构载荷光纤布拉格光栅传感试飞技术[J]. 航空学报, 2025, 46(24): 231863-231863.