主從動式組合旋翼懸停狀態(tài)氣動特性分析

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1、第４４卷第４期航空計算技術(shù)Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．４２０１４年７月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＪｕｌ．２０１４主／從動式組合旋翼懸停狀態(tài)氣動特性分析牛鑫，王正平（西北工業(yè)大學(xué)無人機特種技術(shù)重點實驗室，陜西西安７１００７２）摘要：針對傳統(tǒng)直升機構(gòu)型中主旋翼旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的扭矩需要尾翼或是反向旋轉(zhuǎn)的共軸旋翼加以抵消，從而造成能量浪費的問題，以將主旋翼旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的扭矩轉(zhuǎn)化為升力為出發(fā)點，提出了一種主旋翼帶動下方無動力旋翼旋轉(zhuǎn)的主／從動式組合旋翼氣動布局構(gòu)型。通過動量葉素理論以及ＣＦ

2、Ｄ數(shù)值模擬中的多重參考系法，對主／從動式組合旋翼懸停狀態(tài)的氣動特性進行了初步分析，結(jié)果表明，此構(gòu)型中的下方從動旋翼利用上方主動旋翼的扭矩產(chǎn)生了額外１０％的升力，同時下方從動旋翼在上方主動旋翼引流的有利干擾下升力系數(shù)提高了３５％。關(guān)鍵詞：組合旋翼；氣動分析；動量葉素法；多重參考系法中圖分類號：Ｖ２１１文獻標識碼：Ａ文章編號：１６７１桘６５４Ｘ（２０１４）０４桘００５５桘０４AnalysisofAerodynamicCharacteristicsofCombinedRotorsinHoverＮＩＵＸｉ

3、ｎ，ＷＡＮＧＺｈｅｎｇ桘ｐｉｎｇ（NationalKeyLaboratoryofScienceAndTechnologyofUAV，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi′an７１００７２，China）Abstract：Ｔｈｅｔｏｒｑｕｅ桘ｍｏｍｅｎｔｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｍａｉｎｒｏｔｏｒｏｆｈｅｌｉｃｏｐｔｅｒｉｓｕｓｕａｌｌｙｏｆｆｓｅｔｂｙｃｏｕｎｔｅｒｔｏｒｑｕｅ桘ｍｏｍｅｎｔｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｔａｉｌｒｏｔｏｒｏｒｃｏａｘｉａｌｒｏｔｏｒｗｈｉｃ

4、ｈｌｅａｄｓｔｏｔｈｅｗａｓｔｅｏｆｅｎｅｒｇｙ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ａｎｅｗｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎｏｆｃｏｍｂｉｎｅｄｒｏｔｏｒｓｗｈｏｓｅｕｎ桘ｐｏｗｅｒｅｄｌｏｗｅｒｒｏｔｏｒｉｓｄｒｉｖｅｎｂｙｔｈｅｔｏｒｑｕｅ桘ｍｏ-ｍｅｎｔｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｕｐｐｅｒａｃｔｉｖｅｒｏｔｏｒｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｂａｓｉｎｇｏｎｔｈｅｉｄｅａｏｆｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇｔｏｒｑｕｅ桘ｍｏｍｅｎｔｔｏｌｉｆｔ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｅｂｌａｄｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｍｅｎｔ

5、ｕｍｔｈｅｏｒｙ（ＢＥＭＴ）ａｎｄｍｕｌｔｉｐｌｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｒａｍｅｍｅｔｈｏｄ（ＭＲＦ）ｏｆＣＦＤｔｅｃｈｎｉｑｕｅｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏｍｂｉｎｅｄｒｏｔｏｒｓｉｎｈｏｖｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄｒｏｔｏｒｓｍａｎａｇｅｔｏｔｒａｎｓｆｏｒｍｔｈｅｔｏｒｑｕｅ桘ｍｏｍｅｎｔｔｏａｄｄｉｔｉｏｎａｌｌｉｆｔｗｈｉｃｈａｃｃｏｕｎｔｓｆｏｒ１０％ｏｆｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌ

6、ｌｉｆｔ．Ａｎｄｔｈｅｌｉｆｔｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｕｎ桘ｐｏｗｅｒｅｄｌｏｗｅｒｒｏｔｏｒｉｎｃｒｅａｓｅｓｂｙ３５％ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｏｕｓｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅｕｐｐｅｒａｃｔｉｖｅｒｏｔｏｒ．Keywords：ｃｏｍｂｉｎｅｄｒｏｔｏｒｓ；ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｂｌａｄｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｍｅｎｔｕｍｔｈｅｏｒｙ；ｍｕｌｔｉｐｌｅｒｅｆ-ｅｒｅｎｃｅｆｒａｍｅ引言的主／從動式組合旋翼與共軸雙旋翼在外形上有很大旋翼理論分

7、析的發(fā)展大致經(jīng)歷了動量理論、葉素的區(qū)別，因而會有與共軸雙旋翼不一樣的特性。在對［１］理論、渦流理論和旋翼ＣＦＤ方法。這些方法在分析主／從動式組合旋翼進行建模的基礎(chǔ)上，結(jié)合已有的旋單旋翼性能時與試驗結(jié)果符合得較好，因而也在雙旋翼理論分析手段，并參照參考文獻中分析共軸雙旋翼［２－３］時采用的方法，本文著眼于建立一個適用于分析懸停翼性能分析時得到廣泛使用。雙旋翼與單旋翼在氣動分析時的不同之處為雙旋翼需要考慮上下旋翼間狀態(tài)下主／從動式組合旋翼氣動特性和上方主動旋翼的干擾。由于共軸雙旋翼很早就被應(yīng)用于直升機

8、旋翼對下方從動旋翼干擾的方法。系統(tǒng)中，所以對雙旋翼氣動特性的研究都集中在共軸雙旋翼這一構(gòu)型上。Ｃｏｌｅｍａｎ在提交給ＮＡＳＡ的一篇１主／從動組合旋翼模型建立科技報告中詳細總結(jié)了各國對共軸雙旋翼的研究成現(xiàn)今最為常見的直升機結(jié)構(gòu)是單旋翼加尾槳結(jié)構(gòu)［４］果，上下旋翼各自的槳距、展弦比以及二者上下間距和共軸雙旋結(jié)構(gòu)，然而這兩種結(jié)構(gòu)的效率并不是很高，等因素對共軸雙旋翼的性能均有重要影響。本文提出主旋翼旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的扭矩由發(fā)動機驅(qū)動的尾翼或是反收稿日期：２０１４－０４－２１修訂日期：２０１４－０