针对倾转旋翼,开展了悬停及巡航状态气动特性的风洞试验和数值模拟研究。试验中,采用六分量天平和扭矩天平,测量了悬停和巡航状态下的旋翼拉力和扭矩,获得了一些倾转旋翼悬停效率和巡航效率的试验数据,验证了设计的倾转旋翼的气动性能。为了分析流场特征,采用运动嵌套网格方法,通过求解NS方程对倾转旋翼流场进行数值模拟,并开展了数值模拟与风洞试验的相关性对比分析研究,验证了数值模拟方法的有效性。同时,获得了桨叶表面压力、桨尖涡以及诱导速度分布特性。

采用高精度、高效的CFD(计算流体力学)方法求解旋翼流场,在获得准确的流场信息的基础上,噪声计算采用基于声类比法的FW-H方程进行求解。利用算例对气动噪声预估方法进行了验证,针对带不同下反角度桨尖旋翼的悬停状态和前飞状态的气动噪声进行了对比计算分析,着重开展了下反角为0°、20°和45°的三副旋翼的近场噪声及地面噪声计算分析,结果表明,下反桨尖具有降噪效果,能够在一定程度上抑制旋翼气动噪声。

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。

基于CAMRADII对HART Ⅱ模型旋翼,开展了大前进比旋翼气动特性数值模拟。以HART Ⅱ模型旋翼为研究对象,建立一个大前进比旋翼计算模型,并将计算值与试验数据进行对比验证。在此基础上,针对HART Ⅱ模型旋翼在大前进比下的气动特性开展计算研究,分析了旋翼性能、旋翼功率和旋翼载荷在不同总距、不同前进比下的变化规律。计算结果表明在相同总距下,旋翼拉力随前进比的增大而减小;在相同拉力下,旋翼升阻比随前进比的增大先增大后减小;在相同拉力下,旋翼诱导功率和型阻功率之和随前进比的增大而增大;在r/R=0.91截面处,前行侧产生负升力,随着前进比的增大负升力越大,后行侧产生的升力随着前进比的增大产生的升力越小。

本文采用基于CFD/FW-H的旋翼气动/噪声计算模型,针对悬停及中小速度前飞时,考虑机身对旋翼涡流场、非定常气动载荷和噪声特性的干扰影响,开展了直升机机身干扰状态下的旋翼气动和噪声特性数值计算分析研究,获得了不同飞行状态下,机身对旋翼涡流场、气动力和噪声特性的影响规律。计算结果表明,机身对旋翼气动力的影响主要存在于0°和180°方位角附近,且桨叶内段受影响较大,但在不同的飞行状态下,机身对旋翼气动力的影响规律存在不同特点;此外,由机身干扰引起的桨叶载荷变化对旋翼气动噪声的影响很小。

采用基于运动嵌套网格的CFD方法来模拟直升机旋翼/尾桨气动干扰流场,为旋翼/尾桨干扰噪声的计算提供准确的非定常气动力,并采用FW-H方程来计算干扰状态下的尾桨气动噪声。采用建立的计算模型,针对不同飞行状态下的尾桨噪声特性进行数值模拟,分析了旋翼尾流对尾桨气动噪声的干扰特性,并着重研究了尾桨重要的设计参数——旋转方向和垂向位置对尾桨噪声的影响规律。计算结果表明悬停时,旋翼对尾桨的气动干扰影响会导致尾桨的噪声水平有所增加,但不会发生显著的变化;前飞时,旋翼干扰对尾桨噪声影响较大,且旋转方向和垂向位置对干扰噪声特性具有重要影响。

采用共轴刚性旋翼的高速直升机是未来旋翼飞行器的发展方向之一，其本质特点即前行侧桨叶会产生升力偏置。为了研究旋翼升力偏置量对刚性旋翼性能的影响，采用自由尾迹方法对采用前行桨叶概念（Advancing blade concept，ABC）的刚性旋翼在不同升力偏置状态下的气动特性进行了计算。通过对计算结果的分析，得到旋翼升力分布、升阻比、阻力特性和功率特性等随升力偏置的变化规律。文中还对前进比μ=0.2，0.4，0.5的计算结果进行了对比分析。结果表明，旋翼升力偏置量的改变能够显著改变旋翼桨盘的升力分布，进而对旋翼气动性能产生重要影响。不同的前进比下，产生旋翼最大前飞升阻比的升力偏置量也会有所不同，μ=0.2时，最大前飞升阻比出现在旋翼升力偏置为20%左右;μ=0.4时，最大前飞升阻比出现在旋翼升力偏置为25%左右，μ=0.5时，最大前飞...

针对共轴刚性旋翼上下旋翼间复杂气动干扰问题，利用4 m直径共轴刚性旋翼缩比模型开展了悬停及前飞状态风洞试验研究。试验中，采用两套六分量天平对共轴刚性旋翼的上下旋翼进行分开测力，并测量了相同操纵量输入时的孤立单旋翼气动力。通过分析双旋翼状态下的上下旋翼与孤立单旋翼的气动力的对比结果，研究了共轴刚性旋翼在悬停及前飞状态下的气动干扰特性。在此基础上，还进行了升力偏置对气动干扰影响的试验研究。结果表明:随着旋翼前进比的增大，上下旋翼之间的气动干扰逐渐减弱，共轴刚性旋翼的非对称气动干扰会使得双旋翼升力偏置增大。