最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機(jī)總體氣動(dòng)技術(shù)研究.pdf

1、為了解決最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機(jī)總體設(shè)計(jì)中所面臨的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，本文開展了建模方法研究，分別對(duì)最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼的氣動(dòng)特性分析與設(shè)計(jì)、最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機(jī)的飛行動(dòng)力學(xué)特性分析、飛行性能分析、總體參數(shù)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了深入的研究，并且最終完成了起飛重量2000kg級(jí)最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機(jī)的總體參數(shù)方案設(shè)計(jì)。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　(1)基于L-B動(dòng)態(tài)失速模型及Sheng.W低馬赫數(shù)動(dòng)態(tài)失速修正模型，建立了最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼的氣動(dòng)特性分析方法，解決了以往

2、計(jì)算模型不能準(zhǔn)確計(jì)算低馬赫數(shù)失速狀態(tài)下的氣動(dòng)力問(wèn)題。采用該計(jì)算方法對(duì)最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼在不同轉(zhuǎn)速下的氣動(dòng)特性進(jìn)行研究，分析了最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼對(duì)旋翼氣動(dòng)特性的影響，確定了不同狀態(tài)下的最優(yōu)旋翼轉(zhuǎn)速計(jì)算方法。和常規(guī)旋翼不同，最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼氣動(dòng)設(shè)計(jì)中旋翼轉(zhuǎn)速也是一個(gè)變量，并且與其它槳葉外形參數(shù)相互影響，為了獲得較好的最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼槳葉氣動(dòng)外形，以自由尾跡模型為基礎(chǔ)建立了最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼槳葉氣動(dòng)外形參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，根據(jù)該設(shè)計(jì)方法，得到了最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼的模型槳葉氣

3、動(dòng)外形設(shè)計(jì)方案。
　　(2)根據(jù)揮舞等效方法，建立了適用于槳葉揮舞剛度較大的最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機(jī)的飛行動(dòng)力學(xué)特性分析方法，為了提高分析方法的計(jì)算精度，旋翼入流計(jì)算采用了精細(xì)化的自由尾跡方法。根據(jù)該分析方法，研究了旋翼轉(zhuǎn)速、槳葉揮舞剛度、平尾面積，以及尾槳轉(zhuǎn)速方案對(duì)直升機(jī)操穩(wěn)特性的影響，最后基于最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機(jī)的應(yīng)用背景，提出了最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機(jī)操縱性、穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)依據(jù)。
　　(3)確定了以自由渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制實(shí)現(xiàn)旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

4、的技術(shù)方案，然后根據(jù)直升機(jī)需用功率計(jì)算模型、變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)性能計(jì)算模型，以及直升機(jī)空機(jī)重量估算模型，建立了最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)一體化的飛行性能分析方法，為準(zhǔn)確分析最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機(jī)飛行性能，以及總體參數(shù)方案設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。根據(jù)該分析方法，確定了旋翼轉(zhuǎn)速、直升機(jī)總體參數(shù)與直升機(jī)性能之間的相關(guān)性。
　　(4)為了提高最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機(jī)總體方案的設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低最優(yōu)旋翼轉(zhuǎn)速不確定性對(duì)飛行性能的影響，本文構(gòu)建了不確定性多學(xué)科優(yōu)化

5、框架，對(duì)最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機(jī)的總體參數(shù)進(jìn)行了不確定性優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)優(yōu)化求解，確定了最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機(jī)的總體參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，采用最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼槳葉氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)方法，對(duì)直升機(jī)的槳葉氣動(dòng)外形進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，最終得到了最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼直升機(jī)的總體參數(shù)設(shè)計(jì)方案。
　　(5)針對(duì)最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼的氣動(dòng)分析與設(shè)計(jì)結(jié)果，開展了旋翼變轉(zhuǎn)速氣動(dòng)特性吹風(fēng)試驗(yàn)和最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼槳葉氣動(dòng)外形驗(yàn)證試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)研究，驗(yàn)證了最優(yōu)轉(zhuǎn)速旋翼在提高懸停效率，降低需用功率等方面的實(shí)