直升机空气动力学基础--课件

直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室直升机空气动力学基础第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室唐正飞直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室直升机空气动力学试验试验的重要作用1验证理论理论含有假定、推理、简化热质、g、干扰2建立数据库理论尚不能预测的问题，靠试验数据、经验公式翼型性能手册3探索新领域、新问题认识源自实践（经历——观察——主动试验）居里镭、梦讨论：正确认识理论与实践的关系纠正重理论轻实践的偏向直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室直升机空气动力学试验内容力、力矩、扭矩测量试验如旋翼、尾桨、机身等诱导速度测量试验如旋翼、尾桨、机身附近诱导速度，桨尖涡等表面压力测量试验如机身表面、桨叶表面等噪声测量试验如旋翼噪声、尾桨噪声等直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室试验的相似性试验与实际相似，试验结果才有用。条件：同类事物、几何相似、运动相似、边界条件相似、对应点的同名物理量同比例。各相似准则数相等，分别代表满足某一相似条件，如试验模型与事物的：S数相等——运动相似，M数相等——空气压缩性作用相似，Re数相等——空气黏性力作用相似，Fr数相等——重力场中的作用相似，Lo数相等——质量惯性力相似，Ca数相等——弹性力相似，等等。除非用实物做试验，模型试验中完全相似是不可能的。只能按试验目的选定最关键的相似准则。直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室旋翼模型试验常用的相似准则几何相似是前提：桨毂型式及相对尺寸，如铰偏置量等翼型及其沿径向配置桨叶片数k、宽度，扭度，桨尖形状运动相似：相等，即相等动力学相似,相似准则根据试验目的选定：研究阻力或功率时，须雷诺数相等研究高速特性及桨尖，马赫数相等关注重力作用时，弗鲁德数相等()/brR0,()rjD0/SVR=W/MRa=WRe/bRg=W2/rFgR=W直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室比例因子模型与实物的各相应参数之比。三个基本（独立）的物理量一般取：线尺寸、转速、空气密度。它们的比例因子：一般是模型小于实物(受限于风洞或旋翼试验台的尺寸和功率）。线尺寸比例因子转速比例因子空气密度比例因子，若试验在常规大气中（非变密度风洞中）进行，则。其他物理量的比例因子，都可由此三个导出。旋翼试验常用的有：1RK£/KW=WW模型实际K/rrr=试验实际K1r=直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室1若要模型与实物的数相等，即得到如果是在常规大气（非增压风洞）中试验，则模型与实物数相等的条件是若用的缩比模型，则转速要增大到100倍，难实施。2若要模型与实物的数相等，则须即模型与实物的相等，可行。3，若要模型与实物的数相等，则须讨论：实验条件宜利用自准区，如，ReRe(/)br/brggW=W模型实物（)K1g=2RKK1W=2RK1/KW=MR/a=WRKK1W=RK1/KW=RW2Frg/R籛RK1/KW=M0.4£5Re3.2x10³2/1RKKKgW=1/10直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室重点实验室部分试验设施及试验简介用于前飞相对气流和旋翼尾流中的直升机部件（旋翼、尾桨、机身、尾面）气动试验；国内唯一。H425型直升机涵道尾桨改型试验直8J直升机舰面甲板起降流场试验直升机环量控制尾梁试验剪刀式尾桨气动试验无人直升机尾面布置试验……低速风洞及反扭矩试验系统直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室南航“高新工程”项目和“211”国家重点学科建设项目的重要组成部分。风洞提速改造，最大风速由原来的30m/s提高到50m/s。改造后的风洞示意图综合试验系统的安装位置863-705项目国防基础科研课题重点实验室基金课题直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室模型旋翼试验台用于悬停和前飞状态旋翼气动和动力学试验研究旋翼/机身气动特性试验旋翼悬停地面效应试验新型桨尖气动特性试验天平动标定方法研究旋翼气弹稳定性试验共轴双旋翼干扰特性试验Z8A直升机旋翼特性试验……直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室倾转旋翼试验台南航“211”国家重点学科建设“新概念倾转旋翼飞行器综合试验系统”项目的重要组成部分。建成了一套能够进行倾转旋翼飞行器及未来新一代高速旋翼飞行器技术研究的综合试验系统，拓展了实验室的研究能力。2006年完成并通过了国家“211”建设项目的验收。它的建成将为我国研制倾转旋翼飞行器提供技术基础，并为武器装备的发展提供技术支撑。863-705项目国防基础科研课题重点实验室基金课题直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室可模拟模型旋翼的六自由度运动，为研究直升机机动飞行条件下的旋翼气动和动力学特性创造了条件。该试验系统的建成提升了我室在直升机空气动力学、飞行力学和动力学方面的综合科研能力，也为发展和试验新一代旋翼飞行器提供了先进的试验手段。直升机飞行特性与动力学综合试验系统直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室旋臂式模型旋翼机动飞行试验机国际首创，获国家技术发明三等奖直升机涡环边界试验研究直升机贴地飞行试验直升机盘旋试验直升机瞬态操纵响应试验旋翼/机翼气动干扰试验倾转机旋翼/机翼气动干扰试验大机动旋翼非定常气动力试验……直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室立式水洞用于直升机、旋翼或其它模型的流场显示试验旋翼尾迹显示试验旋翼桨/涡干扰试验……直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室实验室现有测试设备PIV三维激光粒子测速系统LMS激光测振系统高精度压强测试系统旋翼六自由度数据测试系统┅┅直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室涡环状态边界直升机垂直下降或陡下降时，旋翼尾流被阻，形成紊乱环流包围旋翼，使直升机失控，在颠簸振荡中快速坠落。美国1982～1997年15年中直升机涡环事故共42起。我国1999年Z-8在三亚坠地事故2000年长沙Bell206坠入湘江台湾警用SA365落水失事研究目的：建立直升机涡环危险边界的计算方法，使飞行员避免陷入涡环。直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室阶段2理论分析在试验基础上，建立了涡环边界定义及计算方法__h__h__(a)扭矩平均值(b)拉力平均值(d)拉力脉动幅度(c)扭矩脉动幅度V=0.28cr~~~~~直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室阶段3飞行试验验证试验机：安阳航空体育运动学校的R22直升机改装：舱外-前伸支架、3轴速度传感器舱内-振动传感器、操作盘、计算机系统测记：3向振动、3轴速度、试飞员感受直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室研究成果直升机飞行速度域可计算出涡环安全区、过渡区和危险区。在过渡区，顶杆增速可改出涡环状态；处置过迟或不当将坠毁，不会自行退出。•我国两种新研直升机的涡环边界计算•计算出我国现有全部民用直升机的涡环边界，提交给民航总局•涡环边界计算方法已载入“飞机设计手册”•美国海军研究院以本计算方法为依据,研制成功直升机涡环报警系统2002年获教育部科技进步一等奖研究成果应用直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室基于圆弧涡元，提出弯曲涡系尾迹模型建立了先进的自由尾迹分析方法，可更好的计算旋翼诱导速度场旋翼自由尾迹foreaftforeaftdownupdownup畸变的旋翼尾迹涡系0.06m=2000获国家科技进步三等奖全国优秀博士论文直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室计算得出的旋翼挥舞角精度验证直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室旋翼流场、空气动力、机身表面压强试验研究基于南航自由尾迹法及机身板元法，建立了气动干扰分析方法及计算软件旋翼/机身气动干扰2005年获国防科技三等奖直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室实测的时均流速分布-1-0.500.511.5-0.8-0.20.4z/R-1-0.500.511.5-0.8-0.20.4x/Rz/R-1010102030Vx(m/s)-1010102030-1010102030Rotor/BodyIsolateRotor-101-2024Vy(m/s)-101024-101-2024-101-15-10-50x/R(z/R=-0.21)Vz(m/s)-101-15-10-50x/R(z/R=-0.118)-101-15-10-50x/R(z/R=-0.027)0.1m=直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室机体表面的瞬时压强分布—计算值与试验值比较060120180240300360-1.5-1.0-0.50.00.51.01.5=0.05,CT/=0.156,point#1CPuExperimentalValueCalculationValue060120180240300360-3-2-10123=0.05,CT/=0.156,point#5CPuExperimentalValueCalculationValue直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室试验测定诱导流场建立了自由尾迹分析方法共轴双旋翼同单旋翼流场对比分析共轴双旋翼空气动力特性获中国航空工业总公司科技进步三等奖直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室共轴双旋翼单旋翼悬停状态实测的时均诱导速度矢量图直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室0.40.60.81.01.2-8-6-4-20Axialspeed(m/s)RadiusStation(r/R)SVA11DVA110.40.60.81.01.2-10-8-6-4-2024Axialspeed(m/s)RadiusStation(r/R)SVA00DVA00(a)Z=+0.1R(b)Z=0.0R0.40.60.81.01.2-14-12-10-8-6-4-202Axialspeed(m/s)RadiusStation(r/R)SVA01DVA010.40.60.81.01.2-16-14-12-10-8-6-4-2024Axialspeed(m/s)RadiusStation(r/R)SVA02DVA02(c)Z=-0.1R(d)Z=-0.2R0.40.60.81.01.2-16-14-12-10-8-6-4-202Axialspeed(m/s)RadiusStation(r/R)SVA03DVA030.40.60.81.01.2-16-14-12-10-8-6-4-202Axialspeed(m/s)RadiusStation(r/R)SVA04DVA04(e)Z=-0.3R(f)Z=-0.4R悬停诱导速度轴向分量红色—双旋翼，蓝色—单旋翼直升机空气动力学基础—第八章直升机空气动力学实验旋翼动力学国防科技重点实验室试验测得剪刀尾桨气动性能及诱导速度分布建立了自由尾迹分析方法和计算软件剪刀式尾桨空气动力特性0.1Rupperlocation1lowerlocation22003年获国防科技三等奖直升机空气