桨毂、起落架、平尾和垂尾等部件对直升机的气动特性、稳定性和操纵性等有比较大的影响,因此获得这些部件的气动特性在直升机研制过程中非常重要。分别采用风洞试验和两种CFD计算方法获得了某无人直升机算例样机的桨毂、起落架、平尾和垂尾四个部件的气动特性,并对三种方法得到的结果进行了对比分析。结果表明部件阻力、侧向力和滚转力矩的风洞试验值与CFD计算取值相差比较大,但是三种方法得到的升力、俯仰力矩和偏航力矩值相差比较小。两种CFD方法计算得到的部件气动特性差别比较小。研究结果可为直升机部件的气动特性风洞试验或数值计算提供一定的参考。

平尾气动力的精确测量是民用飞机操稳控制律设计和结构设计的重要前提。常规的组拆法是一种平尾气动力的间接测量的方法,忽略了平尾与后机身之间相互的气动干扰。本文对常规测力风洞试验模型进行了优化设计,通过后机身内部加装部件天平的方式,实现了全机状态下平尾部件气动力的精确测量,并与常规间接测量的“组拆法”进行了对比。

平尾是直升机的主要部件,其作用是产生气动力,平衡主旋翼的升力对飞机重心的力矩,保持直升机的平衡和俯仰方向的稳定性。图1为某直升机平尾安装位置和安装形式示意图,平尾通过撑杆、管梁和平尾安装角接头连接在斜梁上。

建立高精度的直升机全机气动干扰特性分析技术;结合飞行动力学模型,研究飞行状态和平尾气动布局参数变化对气动干扰及飞行特性的影响,明确影响气动干扰和飞行特性的主要布局参数,掌握气动干扰和飞行特性随气动布局参数及飞行状态变化的影响规律。

平尾纵向气动特性数据是直升机研制过程中飞行品质和载荷等计算的设计输入。采用CFD计算方法对某型无人直升机的机身气动特性进行了计算,包括无侧滑、小侧滑、中等侧滑和大侧滑状态;之后提取出单独平尾的纵向气动特性数据;然后对单独平尾纵向气动特性的CFD计算值与风洞试验结果进行了对比分析,分别采用增量法和比值法分析了两者的相关性。结果表明,平尾纵向气动特性CFD计算值的变化趋势与风洞试验结果一致。在大攻角范围内,两者的差值比较大,但是两者的比值比较稳定。在小侧滑和中等侧滑状态,两者的比值比较小。研究结果可为平尾气动设计和气动特性CFD计算结果的修正提供一定的参考。

平尾和垂尾是直升机重要的气动面,其气动特性数据是计算飞行品质和载荷等的设计输入。采用CFD方法分别对两种构型直升机的全尺寸和缩比模型进行了气动特性计算,计算状态包括大攻角和大侧滑角状态。之后提取出其中的平尾和垂尾气动特性结果,并与风洞试验结果进行了对比分析。结果表明,CFD计算得到的平尾和垂尾气动特性值与风洞试验结果变化趋势一致,其中平尾气动特性数据在数值上相差比较小,而垂尾气动特性数据在数值上的误差比较大。研究结果可为直升机平尾和垂尾大角度气动特性计算方法选取和计算结果修正提供一定的参考。

使用数值模拟方法研究了前缘缝翼翼型气动特性,并将该前缘缝翼翼型应用于直升机平尾,分析了该直升机全机气动特性,最后通过风洞试验对数值模拟结果进行验证。结果表明,前缘缝翼构型平尾能有效改善直升机的纵向静稳定性。