直升机下降过程中的旋翼入流模型比较研ComparativeResearchofRotorInflowModelWhenHeli-copterDescendingMaHongru；SunWensheng；HeZhiliang(海军航空工程学院青岛分院，青岛266041)(NavalAeronauticalEngi-neeringAcademyQingdaoBranch,Qingdao266041,China)摘要：直升机下降过程中旋翼周围流场复杂，尤其是涡环等工作状态下气流变化情况难以预测。简要介绍了几种入流模型，阐述了各自特点并对直升机下降时旋翼诱导速度和入流变化进行了仿真。分析了旋翼工作状态和在各工作状态中旋翼周围气流变化和对旋翼产生的影响Abstract：Theinflowfieldaroundhelicopterro-toriscomplex,andthestreamchangeinvortexringstateorotherworkstateisespeciallyunpredictable・Severalinflowmodalproposedareintroducedwiththeirfeaturebeingdescribed,andtheinducedvelocityandinflowofrotorwhenhelicopterdescendingareemulated.Theworkstatesofrotorareanalyzed,aswellasthestreamchangearoundrotorandtheirinfluenceontherotor.关键词：直升机旋翼入流模型诱导速度涡环状态Keywords:helicopterrotor；inflowmodal；in-ducedvelocity；vortexringstate中图分类号:V212.4文献标识码:A文章编号：1006-4311(2011)32-0299-020引言直升机是最常见的旋翼飞行器，旋翼系统是直升机上最重要也是最复杂的结构之一。旋翼除了随机体一起运动外，还作旋转运动。在直升机下降过程中，向下的诱导气流与下方相对来流可能相互作用，引起旋翼周围流场的改变，更增加了研究旋翼入流模型的困难。在直升机空气动力学发展的过程中，曾经提出过一些基于不同假设条件的入流模型[1-2],但是由于旋翼和桨叶的工作环境恶劣，理论计算和试验的难度很大，这些理论对于一些实际问题尤其是涡环这类非正常工作状态难以进行精确的模拟本文参照有关直升机下降过程中不同流场特点的最新理论[3-4]和试验研究，从流场特点、在涡环状态中的应用等几个方面对几种直升机旋翼入流模型进行对比研究1几种入流模型的介绍1.1动量理论模型此理论将旋翼模型化为作用盘，能够承受压力差，因而能够加速穿过这个盘面的空气。它在上方远处、桨盘上表面、桨盘下表面、下方远处对旋翼流场内部气流进行分析应用质量守恒、能量守恒和动量定理，最终得出垂直飞行状态的旋翼入流为V+v二带有前飞的下降状态诱导速度为v=-■,其中，V为直升机飞行速度，a为下滑角，vh为等效悬停诱导速度1.2动量理论改进模型该模型以动量理论为基础，按不同工作状态对动量理论垂飞时的入流值进行了修正，悬停时刻入流值乘以经验修正因子k,紊流状态内近似为直线・=6+3.5■涡环状态近似为三次曲线■=k«0.737BB-1.9911.3Johnson涡环状态模型(VRS模型)W.Johnson提出了基于涡环状态的入流模型，由于涡环中的旋翼入流的特点，模型必须适合于简单计算和实时仿真，并且包含了能导致涡环状态下不稳定的飞行空气动力学的特点。这里提到的涡环状态模型是动量理论的经验扩充。为了更好的发展和应用，模型中必须包含参数垂直下降状态的稳定性边界由点X和点N指出，前飞时由点M指出，分别为：VzN、VzX、VzMo考虑到X和N随Vx的变化，使用了合适的函数来概括一条合理的边界形状。VRS模型需要对基线模型增加一个增量△(Vz+v),这由入流值(Vz+v)N和(Vz+v)X定义了最大值和最小值。D点和E点被标出来，在这两点上VRS模型与基线模型连接起来。对于VRS模型三段曲线(D到N、N到X、X到E)中的每一段，通过匹配v和dv/dVz求出了△(Vz+v)关于Vz的三次多项式。(除了在E点处X到E的斜率不匹配，所以多项式常数项为零)。最终的入流值为v二k(vB+fAvB)引入因子k是考虑额外的诱导损失，f是对涡环状态中不稳定性的放大因子2模型建模与仿真动量理论模型和改进模型都有明确的解析式，便于对其进行仿真，其中经验修正因子k取1.15是典型值，涡环状态模型的发展首先要基于直升机和倾转旋翼机飞行试验数据，建立Vz和Vx函数形式的涡环状态稳定性边界。此稳定性边界就是入流曲线斜率为零的地方，即d(Vz+v)/dVz=Oo从过去的试验数据里总结出垂直下降中平均入流的局部最小值和最大值作为边界，入流在这些特定的边界处的斜率为零。建...