剪刀式尾槳

剪刀式尾槳

在現代武裝直升機上,出現了一種非常規布置的剪刀式尾槳,例如,美國的AH-64“阿帕奇”直升機,其剪刀尾槳的夾角為60°/120°;俄國的Mi-28“浩劫”直升機,其夾角為35°/145°。 剪刀式尾槳由二副各二片槳葉的旋翼共軸布置而構成。按照上下旋翼槳葉的不同方位,存在著二種不同的布置,即下旋翼槳葉相對於上旋翼槳葉旋轉時在前的布置(下旋翼槳葉在前構型),以及上旋翼槳葉在前的布置(上旋翼槳葉在前構型)。 非共面剪刀式布置的旋翼(尾槳)相對於常規布置的旋翼(尾槳),其噪聲特性有很大改善。

簡介

阿帕奇直升機尾槳 阿帕奇直升機尾槳

尾槳是單旋翼帶尾槳式直升機的關鍵部件之一,其性能的好壞直接影響直升機的整體性能。提高尾槳的氣動性能和改善尾槳的噪聲特性能夠為提高直升機整體性能帶來好處。剪刀式尾槳是一種有別於常規構型的新構型尾槳。這種尾槳由沿其旋轉軸的上、下兩副槳葉構成,兩副槳葉為非垂直布置,並且存在一定的軸向間距。研究表明剪刀式尾槳與普通形式尾槳相比具備一定的降噪能力,並且其聲壓信號與常規尾槳有明顯的差異,這可以降低直升機的可探測性。因此,剪刀式尾槳常用於武裝直升機,例如美國著名的AH-64“阿帕 奇”武 裝 直 升 機(尾槳間距角60°/120°)和俄羅斯Mi-28“浩劫”武裝直升機(尾槳間距角為35°/145°)等。

由於剪刀式尾槳各片槳葉不是等距分布,相鄰槳葉之間的距離變得更小,氣動干擾會更加強烈。同時,剪刀式尾槳還存在一定的軸向間距,上面一副槳葉產生的槳尖渦有可能直接打到後面相鄰的槳 葉,從而產生強烈的槳-渦干擾現象。因此,相比於普通尾槳,剪刀式尾槳的流場和噪聲特性更加複雜。據檢索到的資料所知,國外關於剪刀式尾槳的研究進行的不多,且大都是採用試驗方法進行研究。

剪刀式尾槳特性

Mi-28直升機尾槳 Mi-28直升機尾槳

兼顧計算精度和效率,建立了懸停狀態下剪刀式尾槳流場計算的高精度數值模擬方法,著重分析了剪刀式尾槳渦干擾流場特徵,以及構型參數對剪刀式尾槳的氣動性能的影響規律。相關研究結果表明:

(1)剪刀式尾槳中存在著嚴重的槳-渦干擾現象。上槳葉的槳尖渦甚至會直接與下槳葉發生碰撞,一方面導致下槳葉拉力損失,另一方面碰撞後的槳尖渦會破碎、渦核運動軌跡發生改變、強度減弱。而上槳葉的下洗流則會使得下槳葉的實際迎角減小,同樣導致下槳葉拉力減小。其中,上旋翼槳葉在前構型下槳葉所受的干擾比下旋翼槳葉在前構型下槳葉所受干擾要強烈;

(2)剪刀式尾槳中存在著複雜的渦-渦干擾現象。一方面上槳葉的槳尖渦和下槳葉干擾之後導致自身強度和軌跡發生突變,隨後會與下槳葉的槳尖渦相互干擾、融合,並且對下槳葉槳尖渦強度和軌跡也造成影響;另一方面,上槳葉槳尖渦和下槳葉槳尖渦在運動過程由於距離較近,相互之間也會發生一定程度的干擾,甚至互相吸收融合;

(3)剪刀角和軸間距對剪刀式尾槳的氣動力有重要影響。總體來說,相同剪刀角和相同軸間距配置時,下旋翼槳葉在前構型剪刀式尾槳的拉力和懸停效率均大於上旋翼槳葉在前構型剪刀式尾槳。下旋翼槳葉在前構型構型剪刀式尾槳的氣動力隨著剪刀角的增大而增大,隨著軸間距的增大而減小;上旋翼槳葉在前構型剪刀式尾槳的氣動力隨著剪刀角的增大而減小,隨著軸間距的增大而增大。

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