光机身对直升机气动特性影响比较大,准确地获得光机身的气动特性数据对直升机的内部系统布置与减阻设计具有重要作用。首先对三种不同类型的直升机光机身的气动特性进行CFD计算,之后分别采用增量法和比例法分析了计算结果与风洞试验结果之间的相关性。结果表明,光机身气动特性的CFD计算值与风洞试验结果的变化趋势一致。当攻角或侧滑角变化时,两者的差值变化比较大;但是在大部分攻角或侧滑角范围内,两者的比值在某个固定值附近。研究结果可为直升机光机身气动特性计算方法选取和计算结果修正提供一定的参考。

基于滑移网格模型,通过求解三维非定常N-S方程,分析涵道螺旋桨与普通螺旋桨的力学特性与流场分布特性,研究了侧风对涵道螺旋桨气动性能的影响。涵道螺旋桨总拉力随风向变化规律与普通螺旋桨相同,都随风向方向增大先增大后减小,最大值在风向为105°~120°区间。随着风向方向逐渐增大,螺旋桨前进速度逐渐减小使得螺旋桨拉力增大,侧风会降低桨叶气动性能使得螺旋桨拉力减小。侧风会产生侧向阻力,涵道会产生更大的侧向附加阻力,使得涵道螺旋桨总附加阻力大于普通螺旋桨。有侧风时,普通螺旋桨与涵道螺旋桨的拉力都随时间呈周期性变化,但涵道螺旋桨总拉力随时间变化幅度更大。

直升机液压系统的油液相当于人体内的血液,为整个机器提供动力支持和能量的供应。因此,保持液压系统的清洁,对直升机的安全非常重要。本文对直升机液压系统污染物的种类和危害进行了详细的介绍,对直升机液压系统污染的原因进行了探讨,阐述了直升机液压系统污染防治的办法。

采用高效的自由尾迹方法求解旋翼流场,在获得旋翼桨叶气动载荷的基础上,利用基于紧致源模型的FW-H方法进行旋翼载荷噪声计算。旋翼厚度噪声预测方面,使用三维网格对桨叶外形进行描述以提高精度。基于建立的旋翼气动噪声预测方法,开展了旋翼操纵量(总距、周期变距)、桨叶挥舞运动以及轴倾角等旋翼运动参数对气动噪声的影响分析。重点针对典型桨-涡干扰状态,分析了参数对桨-涡干扰(BVI)噪声指向性的影响规律。结果表明,旋翼运动参数尤其是桨叶周期变距运动,对气动噪声特性的影响较大,获得准确的桨叶运动参数和旋翼轴倾角是提升噪声预测精度的途径之一。

采用基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程的CFD方法和运动嵌套网格技术,建立了共轴刚性旋翼/机身气动干扰分析方法,并采用风洞试验数据进行了验证。计算分析了不同总距下共轴刚性旋翼与机身间的气动干扰特性。结果表明,随总距增加,旋翼拉力逐渐增大,但由于旋翼和机身的相互干扰现象,旋翼和机身的拉力总和降低。这是由于受旋翼下洗流影响,机身会产生较大的呈四阶变化负升力,导致总拉力降低。此外还发现,在机身干扰作用下旋翼非定常拉力峰值显著增大,桨盘平面诱导速度分布更加不均。

为研究双层平尾对旋翼/平尾干扰的抑制机理,采用基于动量源模型的CFD方法建立了旋翼/平尾干扰计算模型,获得了不同前进比下的不同平尾构型的旋翼/平尾气动干扰计算结果,分析了旋翼干扰状态下的不同构型平尾的载荷和流场特点。结果表明平尾干扰载荷在前进比0.05时最大,相比单层平尾,双层平尾的干扰载荷下降约43%;双层平尾的上下双层设计降低了单层平尾面积,减小了由于旋翼尾迹撞击在上层平尾上而产生的干扰载荷;由于上层平尾的遮挡作用,减弱了旋翼尾迹对下层平尾的干扰作用。

为研究水平转弯状态的旋翼气动噪声特性,基于Camrad II计算得到的旋翼非定常气动载荷,采用Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)方程计算了旋翼气动噪声特性。在相同转弯半径下计算分析了前进比对旋翼气动力和噪声的影响;同时基于二级声辐射模型开展了地面声场计算。计算结果表明旋翼拉力和桨涡干扰会对旋翼噪声产生影响,在某些工况下都可能起主导作用;合理地选择转弯状态可以降低旋翼噪声水平。当转弯半径为40 R时,左转弯状态最佳前进比为0.25,右转弯状态最佳前进比为0.2;不同前进比对应的最大地面等效连续声级差异能够达到7 dB。

基于紧致源模型和FW-H方程,建立了一个旋翼气动噪声快速计算模型。其中,采用三维网格对桨叶外形进行精确描述,并结合Farassat 1A公式中的厚度噪声计算公式,以准确计算旋翼桨叶厚度噪声;载荷噪声计算方面,则采用Camrad Ⅱ进行旋翼非定常载荷的计算,并结合Farassat 1A公式的载荷噪声计算公式进行计算;最后将厚度噪声和载荷噪声进行时域叠加来计算旋翼的总噪声。在此基础上,与基于CFD/FW-H方程的旋翼噪声模型进行了计算对比,结果表明本文方法计算效率远高于CFD/FW-H模型,且在总噪声主要传播方向上,悬停状态下的差值在0.6dB以内,前飞状态下差值在1.0dB以内,具有较好的可靠性,能够用于旋翼噪声的快速评估。