亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        無尾槳直升機發(fā)展綜述

        2016-08-01 03:06:57李鳳鳴
        中國科技信息 2016年13期
        關(guān)鍵詞:環(huán)量尾梁尾槳

        陳 晨 李鳳鳴

        ?

        無尾槳直升機發(fā)展綜述

        陳晨李鳳鳴

        中國民用航空飛行學院

        陳晨,女,碩士,中國民用航空飛行學院,助教,主要研究方向:直升機設(shè)計,無尾槳直升機,空氣動力學。

        行業(yè)曲線

        本文針對無尾槳直升機的發(fā)展過程和關(guān)鍵技術(shù),提出綜述性概括和總結(jié)。在直升機設(shè)計尤其無尾槳直升機設(shè)計行業(yè)起到承前啟后、為我國研發(fā)無尾槳直升機提供參考和依據(jù)的作用。

        該技術(shù)現(xiàn)階段只有美國擁有,為加強我國國防實力,并促進通航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,無尾槳直升機是不可或缺的中堅力量,該文總結(jié)無尾槳直升機的研發(fā)過程并提出關(guān)鍵技術(shù),為我國發(fā)展無尾槳直升機提供了依據(jù)和參考。

        點評人:程涵,1984,漢族,江蘇無錫,博士,研究方向:流固耦合仿真計算、計算流體力學、飛機設(shè)計。曾在國際期刊SCI上發(fā)表論文5篇,EI發(fā)表6篇。獲工業(yè)和信息化部國防科學技術(shù)進步獎二等獎,中國航空學會科學技術(shù)獎二等獎等。

        本文為了促進中國無尾槳直升機的設(shè)計與發(fā)展,系統(tǒng)梳理了無尾槳直升機的研發(fā)歷史及其關(guān)鍵技術(shù)。首先提出無尾槳直升機的優(yōu)點,無尾槳直升機取消了傳統(tǒng)直升機的尾槳,提出了一種新型平衡旋翼反扭矩的方式,具有結(jié)構(gòu)簡單、安全性高、噪聲小等特點;然后介紹了無尾槳直升機的研發(fā)與改進歷史;最后分析了設(shè)計無尾槳直升機使用的關(guān)鍵技術(shù),即環(huán)量控制技術(shù),并對其發(fā)展與國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行了歸納與總結(jié)。

        無尾槳直升機的發(fā)展

        無尾槳直升機NOTAR(NO Tail Rotor)是直升機技術(shù)的新發(fā)展,是直升機反扭矩系統(tǒng)的新概念。取消了常規(guī)構(gòu)型直升機的尾槳,利用獨特的航向操縱系統(tǒng)——環(huán)量控制尾梁和尾部噴氣舵,來提供平衡旋翼的扭矩和控制直升機航向所需的側(cè)向力。進而預防了由于尾槳引發(fā)的飛行事故,并減小直升機噪聲。由于其結(jié)構(gòu)簡單、安全性高、維護性好、振動和噪聲小,因此受到了直升機研發(fā)人員和用戶的普遍關(guān)注。

        上世紀七十年代,美國的休斯直升機公司(HHI,于1984年為麥道公司收購,并改名為麥道直升機公司)率先開始研究直升機的無尾槳技術(shù)。最初采用改裝單旋翼帶尾槳直升機的方式入手:1976年,研究人員用一架單旋翼帶尾槳的直升機作為實驗樣機,保留尾槳,在尾梁外環(huán)加裝一層玻璃鋼環(huán)量控制包皮,形成單縫結(jié)構(gòu)的環(huán)量控制效應,并用普通風扇提供尾梁的氣流動力,在旋翼塔上進行全尺寸實驗。經(jīng)過大量試驗,測定環(huán)量控制效應產(chǎn)生的反扭矩數(shù)值和比例后,確認帶環(huán)量控制尾梁的航向操縱系統(tǒng)完全可以取代傳統(tǒng)尾槳。由此,無尾槳技術(shù)正式成為取代直升機尾槳的方式之一,為大眾所認可。于是,在1980年,美國國防部高級技術(shù)研究局、美國陸軍應用技術(shù)實驗室和休斯直升機公司共同簽訂了一項三方合同,內(nèi)容便是設(shè)計研發(fā)無尾槳無尾槳技術(shù),并制造一架無尾槳直升機的原型機。次年,研究人員以一架OH-6A作為試驗對象,取消尾槳,安裝變距風扇和噴氣舵,將其改裝為無尾槳原型機,完全利用環(huán)量控制和直接噴氣的噴氣舵來實現(xiàn)航向控制,并于同年12月首次試飛。但試飛結(jié)果令研究人員大為失望,此次改裝的無尾槳直升機中,環(huán)量控制效應只提供了平衡旋翼反扭矩的20%,而并非預先設(shè)計的60%。經(jīng)更為深入的研究發(fā)現(xiàn)其主要原因是由于直升機機體曲率半徑與尾梁相差較大,使得機身與尾梁的結(jié)合處存在氣流干擾,導致直升機在懸停和前飛時尾梁表面氣流分離,最終影響尾梁上縫隙處的環(huán)量控制效果,減小了尾梁處產(chǎn)生的側(cè)向力。為消除這種干擾,研究人員在尾梁長縫初始端和末端分別放置了環(huán)形隔流板(圖1),用來防止出現(xiàn)機身和尾梁結(jié)合處的氣流干擾。

        但這種結(jié)構(gòu)增大了直升機前飛時的迎風面積,也增加了阻力與結(jié)構(gòu)復雜性,反而得不償失。而且由于隔板的存在,在前飛速度較大時,直升機機身兩側(cè)不對稱氣流流動加劇,使機體出現(xiàn)了側(cè)滑現(xiàn)象,甚至出現(xiàn)明顯的方向不穩(wěn)定性。為改善這一結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,1985年,麥道公司研究員用9.49%的縮比無尾槳直升機模型在水洞中進行試驗,顯示尾梁和機身周圍流場分布特征。尤其是觀察旋翼下洗流流到尾梁時,尾梁與機身結(jié)合處氣流的流動情況,以找出使尾梁氣流分離的根本原因并研究其改進措施。實驗結(jié)果成功顯示了無尾槳直升機周圍氣流在尾梁和機身處的分布規(guī)律。根據(jù)實驗結(jié)果,研究人員提出了一種新型結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,即去掉隔流板,將原來尾梁上的單縫改為雙縫,由原來的單縫射流改為雙縫射流,此時,雙縫間的氣流相互影響,共同補充邊界層能量。經(jīng)試驗,這一方法效果較好,邊界層控制穩(wěn)定,有重大實用價值,故之后發(fā)展的環(huán)量控制尾梁基本都采用雙縫結(jié)構(gòu)形式。1986年3月,OH-6A原型機改型為帶雙縫的無尾槳直升機,重新試飛,成功驗證了無尾槳系統(tǒng)完全可以平衡旋翼的反扭矩并實現(xiàn)航向操縱功能。1988年, MD 500、MD 530直升機被麥道公司發(fā)展為MD 520N、MD 530N、MD900、MD902等系列無尾槳直升機。其中,MD520N和MD530N系列機型于1989年2月首次試飛,并在1991年獲得型號合格證;后者于1994年8月首次試飛。目前麥道公司的MD 520N、MD 600N、MD 902等型號直升機均已投入使用并銷售全球(圖2)。

        圖1 帶環(huán)形隔流板的無尾槳直升機

        圖2 無尾槳直升機

        與美國同步,前蘇聯(lián)于二十世紀七十年代開始著手環(huán)量控制方面的試驗,并于二十年后年開始研制無尾槳直升機原型機。研制工作以卡莫夫設(shè)計局為主力,設(shè)計局曾計劃研制機型K118,該機型的設(shè)計定位為5座公務(wù)運輸型直升機,單旋翼無尾槳。原理設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后,在風洞(俄羅斯中央航空流體動力研究院的低速風洞)中進行了試驗,主要驗證環(huán)量控制尾梁的氣動效率及其產(chǎn)生的側(cè)向力大小。1990年2月4日,卡莫夫設(shè)計局在國際直升機學會上宣布了突破傳統(tǒng)的新型直升機研制計劃——無尾槳直升機,稱該原型機計劃于1995年前試飛。至今,米哈耶夫領(lǐng)導的該項研究進程仍處于保密階段,未見研制情況的試驗數(shù)據(jù)、研究論文以及研究成果等。

        近二十年來中國的直升機技術(shù)有了很大發(fā)展。但國內(nèi)新型直升機航向操縱系統(tǒng)的研究起步較晚,與國外差距還是很大。上個世紀九十年代中期南京航空航天大學的研究人員對直升機的環(huán)量控制技術(shù)進行過一些研究。主要是參考國外的最新研究成果,設(shè)計了環(huán)量控制尾梁試驗模型,并分析了其工作原理、適用條件以及適用范圍。北京航空航天大學的孫茂教授采用數(shù)值模擬CFD方法計算了圓柱體和橢圓柱體的流場分布以及環(huán)量控制特性。1993-1996年,南京航空航天大學的張呈林教授及其團隊在國內(nèi)首次針對無尾槳技術(shù)、尤其是環(huán)量控制技術(shù)在直升機上的應用進行了研究。基于國外研究工作成果,自主研發(fā)設(shè)計并制造了環(huán)量控制的尾梁模型,在旋翼下洗流中進行了試驗研究,探究無尾槳直升機航向操縱系統(tǒng)的參數(shù)影響規(guī)律、主要包括前飛速度、縫隙幾何參數(shù)、尾梁幾何參數(shù)等影響。但到目前為止,國內(nèi)研究無尾槳直升機的學者與機構(gòu)都較少,對整個航向操縱系統(tǒng)展開的科研工作更是寥寥無幾,整個研究過程尚停留在理論與環(huán)量控制的試驗階段,并未研制出可實際應用的無尾槳直升機。

        無尾槳直升機的關(guān)鍵技術(shù)

        無尾槳直升機主要用航向操縱系統(tǒng)和尾部噴氣舵實現(xiàn)平衡旋翼反扭矩和航向操縱的目的。故關(guān)于無尾槳直升機的研究中關(guān)鍵部件是其尾部的航向操縱系統(tǒng),而關(guān)鍵技術(shù)便是環(huán)量控制效應。

        20世紀初,羅馬尼亞科學家科恩達(Coanda)發(fā)現(xiàn)氣流從一個凸起的物面流過時,會產(chǎn)生附著效應,這就是柯恩達效應或稱附壁作用。根據(jù)柯恩達效應發(fā)展的流體邊界層控制技術(shù)廣泛地應用于翼型上,提高翼型的氣動性能。其具體做法是利用翼型上的狹縫向外翼面噴氣,噴出的氣流產(chǎn)生附壁流動,補充流體邊界層能量,推遲氣流分離,后移分離點,最終達到增大翼型升阻比的目的。

        流體的環(huán)量控制技術(shù)更為復雜,是在邊界層技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的,并且不止應用于直升機,很多機翼翼型的設(shè)計也都采用了環(huán)量控制技術(shù)。環(huán)量控制技術(shù),是結(jié)合邊界層控制與外流作用,來推遲氣流分離,提高翼型氣動性能的一種方法,如圖3。外流場的遠前方有相對氣流流向翼型(外流),置于外流場中的翼型,其圓弧形后緣的翼型后部上表面開縫,使壓縮氣流從狹縫噴出,裹攜翼型上表面的氣流一同沿翼型向后緣流動,該射流補充了翼型邊界層能量,故可達到推動氣流分離點后移、延遲氣流分離的效果。同時,狹縫射流裹攜外流向前流動,增大繞翼型流動的環(huán)量,升力與環(huán)量大小成正比,從而增大升力。

        為使環(huán)量控制翼型后緣附近沒有固定、明確的氣流分離點,環(huán)量控制翼型基本都設(shè)計成橢圓形后緣,其后駐點、氣流分離點的位置完全由邊界層狀態(tài)決定。應用在無尾槳直升機尾梁上的翼型可看作圓柱翼型,至今已有大量學者研究圓柱翼型或柱體的環(huán)量控制技術(shù)。

        早期國外研究人員主要針對圓柱體和橢圓柱體進行了環(huán)量控制的參數(shù)影響規(guī)律研究。自上世紀六十年代,英、美等國的研究人員進行了大量的環(huán)量控制相關(guān)實驗研究。研究了馬赫數(shù)、雷諾數(shù)、柱體上狹縫數(shù)目、大小、位置(角度)、動量系數(shù)、結(jié)構(gòu)特性等因素對圓柱翼型氣動特性的影響規(guī)律。

        馬赫數(shù)對環(huán)量控制的影響取決于馬赫數(shù)的大小。高馬赫數(shù)對環(huán)量控制效果影響顯著,相反,來流馬赫數(shù)較小時可以忽略其影響。動量系數(shù)是環(huán)量控制效應中較為重要的一個參數(shù),當動量系數(shù)相同時,馬赫數(shù)越高則升力系數(shù)越小。另外,圓柱體模型的表面粗糙度和來流紊流度增加,都會使翼型后緣分離點后移。

        在狹縫沒有噴氣即射流速度為零時,雷諾數(shù)是影響圓柱翼型后緣氣流分離點位置的主要參數(shù),雷諾數(shù)定義為:

        式中:ρ∞為來流密度,V∞為來流速度,D為圓柱翼型直徑,μ∞為來流空氣黏度。

        雷諾數(shù)不同,圓柱繞流的流動情況也不同,主要分為亞臨界狀態(tài)和超臨界狀態(tài)兩種。當雷諾數(shù)R≈105時,圓柱繞流的流動情況如圖4所示。遠前方均勻來流流向圓柱體時,在圓柱體的迎風面上形成層流邊界層,來流駐點在圓柱體中部,邊界層氣流分離點位于迎風面上,分離點與駐點間的夾角約為80°左右。同時,在圓柱體的后緣出現(xiàn)了低速、紊流的回流區(qū)。在回流區(qū)中,氣流不斷形成尾流旋渦,漩渦隨流動脫落,并逐漸破裂分解為小旋渦,形成圓柱體尾部背風面的湍流流動。這種繞流狀態(tài)稱為亞臨界狀態(tài)。

        圖3 環(huán)量控制翼型

        圖4 亞臨界狀態(tài)的圓柱繞流(R ≈105)e

        圖5 超臨界狀態(tài)的圓柱繞流(R ≥ 1.3× 105)e

        圖6 橢圓形環(huán)量控制尾梁的截面圖

        圖7 圓形尾梁截面示意圖

        經(jīng)多次試驗驗證說明,改變雷諾數(shù),便可控制層流與湍流邊界層之間的轉(zhuǎn)戾現(xiàn)象。人為地將圓柱翼型的層流邊界層轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鬟吔鐚樱从蓙喤R界狀態(tài)提前轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界狀態(tài)。根據(jù)一般規(guī)律,來流速度越大,雷諾數(shù)越大,推遲氣流分離的效果越強,氣流的分離點就越靠近翼型后緣,環(huán)量控制效果越好。

        1987年美國科研人員在德州農(nóng)工大學的風洞中進行了二維、三維圓柱體的測壓試驗通過對測得的大量試驗數(shù)據(jù)進行分析,得到了環(huán)量控制效應所能產(chǎn)生的升力和阻力隨狹縫幾何參數(shù)、動量系數(shù)以及噴氣速度比的變化關(guān)系。主要結(jié)論有:在一定范圍內(nèi),縫隙位置沿圓柱表面順著氣流方向后移時,升力系數(shù)增加;噴氣速度很大程度上決定了升力的大小,隨著狹縫寬度的減小,環(huán)量控制產(chǎn)生的升力隨之增大,但當縫隙小到一定程度后,升力系數(shù)會迅速下降,此時噴氣速度已不是決定升力的主要因素;單縫布局形式與雙縫布局形式相比,穩(wěn)定性差,不利于機動飛行。

        1993年,美國馬里蘭大學的研究人員對橢圓形機翼進行了試驗研究,測量了狹縫射流呈周期性變化時,環(huán)量控制尾梁周圍流場分布規(guī)律及其側(cè)向力大小。結(jié)果表明,較之恒定射流,當縫射流呈周期性變化時,可有效提高環(huán)量控制效應所產(chǎn)生的側(cè)向力,且升力變化響應速度與射流變化頻率有關(guān),射流速度變化頻率越高,升力變化響應速度越平穩(wěn),趨近于恒定射流狀態(tài)。

        1994年,美國研究人員對截面為圓形和橢圓形的環(huán)量控制尾梁進行了風洞實驗研究。對于截面為圓形帶內(nèi)部倒流片(截面形狀如圖7)的環(huán)量控制尾梁,測量了當改變狹縫位置(即與來流夾角)和動量系數(shù)大小時,環(huán)量控制效應產(chǎn)生的升、阻力變化規(guī)律;而對于截面為橢圓形的尾梁(截面形狀如圖6),只測得其升力變化規(guī)律。結(jié)果表明,當圓形環(huán)量控制尾梁的狹縫與來流間夾角為106°左右,尾梁上升阻比最大,環(huán)量控制效率最高。并且試驗驗證了環(huán)量控制尾梁產(chǎn)生的升力隨動量系數(shù)的增大而增大的變化規(guī)律。對于橢圓形截面的環(huán)量控制尾梁,來流與翼型主軸成大約18°角時環(huán)量控制尾梁上產(chǎn)生的升力最大。且根據(jù)升力的總體分布規(guī)律可得到結(jié)論,在動量系數(shù)相同時,橢圓形截面的環(huán)量控制尾梁上產(chǎn)生的升力小于圓形截面上產(chǎn)生的升力。故現(xiàn)在大部分環(huán)量控制尾梁截面都是圓形。

        2001年,威特沃特斯蘭德(Witwatersrand)大學的Alan Nurick在圓柱形環(huán)量控制尾梁的一側(cè)安裝了導流片,并在旋翼下進行了吹風試驗,得到了加裝擾流片和沒有加裝擾流片時,環(huán)量控制尾梁幾何參數(shù)、旋翼拉力與尾梁動量系數(shù)對航向操縱力的參數(shù)影響規(guī)律。

        1990年,北京航空航天大學的孫茂教授采用數(shù)值模擬CFD方法計算了橢圓形環(huán)量控制翼型的氣動特性。用離散渦模型與邊界層理論結(jié)合的方法計算了橢圓形環(huán)量控制翼型的氣動力以及分離尾跡的影響。通過與試驗結(jié)果的對比,證明該方法能較好地計算翼型分離點的壓強分布、升力系數(shù)與射流動量系數(shù),但目前還不能準確計算分離區(qū)翼面上的壓強分布、翼型阻力與力矩。

        1993~1996年,南京航空航天大學的張呈林教授等人制作了帶環(huán)量控制尾梁的直升機模型,并在風洞中進行了模型試驗。通過研究環(huán)量控制原理、測量壓力分布與流場顯示,研究了環(huán)量控制尾梁參數(shù)、縫隙幾何參數(shù)與動量系數(shù)等對環(huán)量控制的影響。

        結(jié)束語

        無尾槳直升機提出了航向操縱系統(tǒng)的新概念。取消了直升機的尾槳,利用尾梁的環(huán)量控制效應和尾部噴氣舵組成的系統(tǒng)實現(xiàn)平衡旋翼反扭矩和航向操縱的功能。無尾槳直升機具有安全性高、尾部結(jié)構(gòu)簡單,可靠性高、維護工作量小等優(yōu)點。尤其取消尾槳,消除了低空飛行時由尾槳引起的多種不安全隱患。同時,減少了直升機的一大振源,降低了機體振動和噪聲,有很好的應用價值與發(fā)展前景。文中對無尾槳直升機的研發(fā)歷程進行了總結(jié),并對關(guān)鍵技術(shù)進行剖析,分析其發(fā)展過程與國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。為我國發(fā)展無尾槳直升機提供了參考和依據(jù)。

        DOI:10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.13.001

        猜你喜歡
        環(huán)量尾梁尾槳
        直升機的“尾巴”
        被動變弦長提升變轉(zhuǎn)速尾槳性能
        航空學報(2022年2期)2022-03-29 07:49:38
        ZFG10800/23/38放頂煤過渡液壓支架放煤裝置的設(shè)計
        煤(2021年9期)2021-09-15 05:31:06
        直升機旋翼干擾對尾槳氣動噪聲影響的數(shù)值研究
        ZY12000 型礦用液壓支架尾梁的結(jié)構(gòu)強度分析
        葉輪出口環(huán)量非線性分布條件下混流泵性能研究
        等-變環(huán)量設(shè)計葉片軸流風機性能研究
        流體機械(2020年7期)2020-09-10 10:00:18
        基于模式函數(shù)和變分法的螺旋槳最佳環(huán)量計算方法
        放頂煤液壓支架尾梁裝置設(shè)計改進
        直升機尾槳/尾梁耦合動穩(wěn)定性分析
        国产三级精品视频2021| 欧美精品aaa久久久影院| 放荡人妻一区二区三区| 精品精品国产三级av在线| 亚洲精品国偷拍自产在线| 人妻丝袜无码国产一区| 亚洲色大成在线观看| 亚洲一区二区不卡日韩| 亚洲高清一区二区三区在线播放| 妺妺窝人体色www聚色窝仙踪| 厨房玩丰满人妻hd完整版视频 | 极品少妇高潮在线观看| 在线观看特色大片免费视频| 国产99久久久久久免费看| 亚洲AV无码未成人网站久久精品 | 久久久调教亚洲| 一区二区三区在线观看视频精品| 最新露脸自拍视频在线观看| 最新国产福利在线观看精品| 国产日韩成人内射视频| 亚洲美女国产精品久久久久久久久| 蜜臀人妻精品一区二区免费| 精品国产天堂综合一区在线 | 亚洲av无码专区亚洲av伊甸园| 亚洲国产一区二区三区亚瑟| av大片在线无码永久免费网址| 中文字幕亚洲精品专区| 久久精品国产99国产精偷| 国模少妇一区二区三区| 国产自产av一区二区三区性色| 亚洲第一页在线免费观看| 国产香蕉视频在线播放| 国产精品久久久久久亚洲av| 日本不卡视频网站| 久久婷婷夜色精品国产| 精品综合一区二区三区| 黑人巨大跨种族video| 国产午夜亚洲精品不卡福利| 成人偷拍自拍在线视频| 日本av一区二区三区视频| 卡一卡二卡三无人区|