[发明专利]一种直升机桨叶的流动控制方法

说明书

本发明公开一种直升机桨叶的流动控制方法，在桨叶上表面设置有第一射流口，根据脱体涡的生成位置和强度确定所述第一射流口的设置位置以及射流的强度；在桨叶尖端设置有第二射流口，根据桨尖涡的生成位置和强度确定所述第二射流口的设置位置以及射流的强度；结合直升机的运行状态，判断脱体涡产生失速影响与桨尖涡产生干扰影响的大小；当脱体涡产生失速影响较大时，通过所述第一射流口，在桨叶上表面向外发出射流；当桨尖涡产生干扰影响较大时，通过所述第二射流口，在桨叶尖端向外发出射流；本发明通过第一射流口的射流减小脱体涡产生的失速影响，通过第二射流口的射流减小桨尖涡产生的干扰影响，并根据直升机状态进行选择，能够保证运行的稳定。

技术领域

本发明涉及直升机旋翼的流场控制技术领域，特别是涉及一种直升机桨叶的流动控制方法。

背景技术

直升机旋翼的流场复杂，其中以涡结构最为突出。桨盘外侧有复杂的桨尖涡不断脱落，桨叶不同展向位置上环量发生改变也会引起强度不等的涡溢出。在直升机流场中，由于涡的大量存在，桨/涡干扰、涡/涡干扰非常常见。当各类干扰发生时，桨叶表面的气动载荷会出现较大脉动，使旋翼出现较高的振动和噪声水平，甚至影响直升机寿命。

另一方面，旋翼前飞时后行侧桨叶存在动态失速现象。原因在于旋翼迎角过大时，桨叶前缘处产生脱体涡并快速后移，引起压力中心向后移动，导致低头力矩增加，使翼型扭转载荷大幅增加。由于动态效应，振荡翼型的失速迎角一般大于同等流场环境下的静态失速迎角，具有增大最大升力的作用；然而一旦超过失速迎角，动态失速涡的产生、移动和脱落会形成非常复杂的流动现象，产生很大的阻力和俯仰力矩峰值，引发升力急剧下降、阻力迅速增大的失速和颤振载荷问题，严重破坏流场的稳定性。对于直升机而言，动态失速会限制桨叶的气动性能及飞行包线，甚至导致飞行器失去操纵稳定性，是限制最大前飞速度的因素之一。

为降低桨/涡干扰效应，国内外学者采用了独立桨距控制(IBC)、高阶谐波控制(HHC)以及主动后缘襟翼控制(ACF)等方法，一定程度上降低了桨涡干扰效应，但上述方法均属于主动控制方法，需要复杂的控制系统，技术实现较为困难。相比于主动控制方法，被动控制方法具有结构简单、无需外部能量输入而易于实施等特点。不同桨尖形状的桨叶对桨涡干扰效应有抑制作用，但降低桨/涡干扰的水平有限。因此，需要进一步研究更加简单且能有效降低桨涡干扰效应的方法。开孔方法作为一种简单且成熟的被动控制方法，已被应用于气动力及噪声等的控制研究。授权公告号为CN 208593491 U的中国专利公开了一种降低桨涡干扰效应的桨叶前缘开孔装置，包括上下翼面的圆孔、连接上下翼面孔的等直径通道以及控制孔打开与关闭的挡板，挡板与驱动装置连接。在桨叶前缘，通过设置开孔间距、孔的大小以及倾斜角度以有效降低桨涡干扰效应，在不同飞行状态下控制孔的打开与闭合满足气动性能及降低桨涡干扰效应的要求；该方案中的桨叶前缘开口能在一定程度上降低桨涡干扰效应，但是仍旧属于被动控制的范畴，且在桨叶尖端没有设置出气口，无法达到对桨尖涡的有效控制效果。

针对动态失速，包括被动流动控制和主动流动控制两种。被动流动控制主要是通过改变翼型或增加其他活动部件，使翼型附近的流场发生改变，从而改善动态失速，例如涡流发生器、叶尖小翼、后缘偏转襟翼、格尼襟翼、后缘变形、仿生波状前缘、固定前缘下垂、固定前缘缝翼等等。这类技术依赖预先设定的被动控制策略改变流场环境，当流场与预先设定情况产生偏差时，无法达到最佳控制效果，且一般控制周期较长。主动流动控制是当动态失速发生时，向流场中施加扰动来达到相应的控制目的，其优势在于它能在需要的时间和部位出现。申请公布号为CN 108116661 A的中国专利公开了一种用于旋翼的主动流动控制装置及控制方法，该方案中旋翼桨叶的上表面开设有出气口，但是并没有在旋翼桨叶的尖端设置出气口，也就是说，该方案并没有考虑尖端出气的方式，无法达到对桨尖涡的有效控制效果。

发明内容