[发明专利]一种抑制倾转旋翼机回转颤振的旋翼桨叶构型设计

说明书

技术领域

本发明属于倾转旋翼机技术领域，具体涉及一种抑制倾转旋翼机回转颤振的旋翼桨叶构型设计。

背景技术

倾转旋翼机是一种介于直升机和固定翼飞机之间的新构型飞行器，其特点是旋翼相对于机翼可以向前倾转90°。当旋翼处于垂直位置时，旋翼产生向上的拉力，此时旋翼相当于直升机的旋翼，使倾转旋翼机以直升机模式起落和悬停；当旋翼处于水平位置时，旋翼产生向前的拉力，此时旋翼相当于飞机的螺旋桨，而升力完全由机翼产生，使倾转旋翼机以飞机模式高速飞行。倾转旋翼机兼具直升机垂直飞行和螺旋桨飞机高速前飞的能力的同时，也必然存在比直升机和螺旋桨飞机更复杂、更严重的动力学不稳定问题，特别是在飞机模式高速前飞时，由于旋翼摆振面内剪切气动力与机翼弹性变形之间的激励耦合造成的一种气动弹性不稳定现象——回转颤振。回转颤振是倾转旋翼机的固有问题，严重制约了倾转旋翼机效率与性能的提高，是倾转旋翼机设计研发过程中必须解决的关键技术问题。

与其它飞行器的设计要求一样，倾转旋翼机在整个飞行包线内，不允许存在气动弹性不稳定。如何抑制回转颤振是一个极其复杂的问题，目前工程上采用旋翼系统设计和机翼结构设计两种手段解决。在旋翼系统设计方面，增加万向铰挥舞约束刚度、桨叶刚度和操纵系统刚度可以抑制回转颤振，但受重量和许用载荷的限制，以上三种方法对回转颤振的抑制效果是相当有限的，无法在实际旋翼系统设计中应用。在机翼结构设计方面，目前已有的倾转旋翼机全部采用扭转刚度很高的机翼来抑制回转颤振。这必然带来机翼相对厚度的增加(通常为机翼弦长的23％)，同时使全机重量和机翼的废阻增加，进而大幅降低了倾转旋翼机高速飞行时的效率和性能。

发明内容

本发明针对已有设计方法在倾转旋翼机回转颤振抑制方面存在的不足，提出了一种采用旋翼桨尖偏折的旋翼桨叶构型，用于倾转旋翼机回转颤振抑制问题。此旋翼桨叶构型在满足倾转旋翼机旋翼桨叶结构基本性能要求的同时，具有良好的回转颤振抑制效果，并提高回转颤振速度，而且结构简单，不会增加桨叶重量。

本发明提供的旋翼桨叶构型是在倾转旋翼机用桨叶的基础上，保持设计时采用的翼型不变，首先，将0.75R～0.80R的径向位置处翼型后缘点设为起始点；然后，从该起始点至桨尖位置向上偏折一定角度，保持偏折角度不变，偏折部分的长度随径向位置的增加而线性增加，在桨尖位置处偏折部分的长度占剖面翼型弦长的40％～50％。这种旋翼桨叶构型可以有效减小旋翼摆振平面内的剪切气动力，因而可以有效抑制回转颤振。

本发明的优点在于：

(1)本发明提供的旋翼桨叶构型能够有效抑制回转颤振并提高回转颤振速度。

(2)该旋翼桨叶构型符合旋翼设计的强度、刚度、气动等方面的要求，同时不会对旋翼的使用、维护性产生不利影响。

(3)该旋翼桨叶构型具有结构简单和不增加重量的特点。

(4)该旋翼桨叶构型仅对桨尖附近部分的升力有影响，因而不会对倾转旋翼机原有旋翼的悬停性能和前飞性能产生太大影响。

附图说明

图1是抑制回转颤振旋翼桨叶构型的示意图；

图2是图1中大梁4的剖面示意图；

图3是图1中桨叶偏折的径向截面A-A剖面图；

图4是A-A剖面图蒙皮过渡处的局部放大图；

图5是图1中的B-B剖面图；

图6是图1中过渡部分6的C向视图；

图7是图1中圆弧形桨尖后缘7的局部放大图；

图8a是系统模态频率随空速变化图；

图8b是系统模态阻尼比随空速变化图；

图中：

1、桨叶            2、上表面蒙皮       3、下表面蒙皮       4、大梁

5、泡沫或蜂窝填芯  6、过渡部分         7、圆弧形桨尖后缘   8、C形大梁

9、D形大梁         10、管型大梁        11、多闭腔结构大梁  12、翼型前缘点

13、中弦线偏折点   14、改进后的中弦线  15、原中弦线        16、原上下表面蒙皮

17、翼型后缘点     18、前段蒙皮        19、后段蒙皮        20、中间段蒙皮

具体实施方式

下面结合附图对本发明提出的抑制回转颤振的旋翼桨叶构型设计进行详细说明。