自轉(zhuǎn)旋翼飛行器飛行特性研究.pdf

1、旋翼自轉(zhuǎn)是自轉(zhuǎn)旋翼飛行器定常飛行時(shí)的旋翼工作狀態(tài)，自轉(zhuǎn)旋翼無(wú)需發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，旋翼從相對(duì)來(lái)流中獲得能量，維持穩(wěn)定自轉(zhuǎn)并產(chǎn)生拉力；同時(shí)，旋翼自轉(zhuǎn)也是直升機(jī)旋翼的重要工作狀態(tài)，它直接影響到直升機(jī)的飛行安全以及機(jī)上人員的生命安全；此外，很多復(fù)合式直升機(jī)在大速度前飛時(shí)，旋翼也會(huì)進(jìn)入自轉(zhuǎn)狀態(tài)。因此，研究自轉(zhuǎn)旋翼飛行器的飛行特性對(duì)于整個(gè)旋翼類飛行器都具有重要的意義。
　　相比傳統(tǒng)構(gòu)型的直升機(jī)，自轉(zhuǎn)旋翼飛行器由于其構(gòu)型、操縱方式以及旋翼工作原理的不

2、同，使得自轉(zhuǎn)旋翼飛行器的飛行特性較為特殊，其建模方法也較為特殊和復(fù)雜。本文針對(duì)自轉(zhuǎn)旋翼飛行器的飛行特性問(wèn)題，開(kāi)展了相關(guān)建模方法研究。
　　將自由尾跡方法應(yīng)用于自轉(zhuǎn)旋翼的氣動(dòng)特性建模，引入自轉(zhuǎn)旋翼槳葉揮舞運(yùn)動(dòng)模型和自轉(zhuǎn)旋翼配平模型，解決了自轉(zhuǎn)旋翼特有的轉(zhuǎn)速配平問(wèn)題，并采用加速算法解決了自轉(zhuǎn)旋翼轉(zhuǎn)速配平帶來(lái)的計(jì)算量龐大、計(jì)算效率低的問(wèn)題，建立了一種基于自由尾跡的自轉(zhuǎn)旋翼氣動(dòng)特性分析方法，并經(jīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證了該方法的有效性。相比傳統(tǒng)的

3、動(dòng)態(tài)入流模型，該模型提高了氣動(dòng)特性分析的精細(xì)度和準(zhǔn)確度。采用該方法對(duì)自轉(zhuǎn)旋翼的氣動(dòng)特性進(jìn)行了詳細(xì)分析，揭示了自轉(zhuǎn)旋翼誘導(dǎo)入流分布及尾跡形態(tài)的特點(diǎn)。
　　針對(duì)傳統(tǒng)的工程經(jīng)驗(yàn)方法或半經(jīng)驗(yàn)方法準(zhǔn)確度低、普適性差的問(wèn)題，提出了兩種用于自轉(zhuǎn)旋翼飛行器飛行性能分析的理論建模方法，并經(jīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，驗(yàn)證了兩種建模方法的有效性。兩種建模方法都可以準(zhǔn)確分析自轉(zhuǎn)旋翼飛行器的飛行性能，在基本分析法模型中，為了考慮槳盤(pán)誘導(dǎo)速度非均勻分布對(duì)需用功率的影響，

4、本文應(yīng)用自由尾跡模型的計(jì)算結(jié)果對(duì)誘導(dǎo)速度進(jìn)行了修正；配平分析法相對(duì)基本分析法更精細(xì)、準(zhǔn)確度更高，適合用于詳細(xì)的飛行性能分析計(jì)算。采用上述建模方法對(duì)自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)及復(fù)合式自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的飛行性能進(jìn)行了分析，驗(yàn)證了增加機(jī)翼可以顯著提高最大前飛速度的技術(shù)方案。
　　建立了一種適用于分析復(fù)合式自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的配平方法，解決了自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)增加機(jī)翼后帶來(lái)的配平問(wèn)題。機(jī)翼的增加雖然可以提高自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的飛行性能，但對(duì)配平特性會(huì)有很大的影響。本文基于該模型，對(duì)兩

5、種自轉(zhuǎn)旋翼飛行器，尤其是目前研究較少的復(fù)合式自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的配平特性進(jìn)行了研究，揭示了增加機(jī)翼升力面后的新的配平特性以及需要引起重視的設(shè)計(jì)問(wèn)題。并基于該模型，進(jìn)一步對(duì)復(fù)合式自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的自轉(zhuǎn)旋翼與機(jī)翼升力分配這一關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了研究。
　　重新推導(dǎo)了增加自轉(zhuǎn)旋翼轉(zhuǎn)速自由度后的自轉(zhuǎn)旋翼飛行器狀態(tài)空間數(shù)學(xué)方程，并引入運(yùn)動(dòng)模態(tài)飛行軌跡及時(shí)域響應(yīng)分析等方法，建立了一種適用于自轉(zhuǎn)旋翼飛行器的操穩(wěn)特性分析方法，對(duì)自轉(zhuǎn)旋翼飛行器尤其是復(fù)合式自轉(zhuǎn)旋翼