[发明专利]一种直升机旋翼涡环状态改出试验地面模拟方法

说明书

本发明涉及一种直升机旋翼涡环状态改出试验地面模拟方法，属于风洞试验技术领域；本发明主要基于国内F5米立式风洞及其配套研制的直升机垂直升降试验台，率先提出一种当直升机旋翼处于涡环状态时，通过旋翼总距的快速拉起，模拟涡环改出的试验方法，使得试验流程规范化，根据获得的涡环改出前后旋翼气动特性的变化规律，可以取得一些有意义的成果，用以指导飞行员在旋翼进入涡环状态后如何及时安全改出。

技术领域

本发明属于风洞试验技术领域，具体涉及一种直升机旋翼涡环状态改出试验地面模拟方法。

背景技术

从直升机早期应用开始，人们就发现其在垂直下降或陡下滑时，若操纵不慎，陷入一种紊乱的流场之中，致使直升机颠簸，快速下跌，操纵失灵。如果没有足够的高度和及时正确的改出措施，就会造成坠地撞毁事故。其物理实质就是垂直下降及陡降中，旋翼尾流被下降相对气流吹回，在某一下降率范围内形成涡环，旋翼处于不稳定的大气泡中，旋翼搅动大气泡内的空气，其升力减小、不稳定，且不随功率而增大。该气泡时破、时合，直升机在摇摆颠簸中快速下降，操纵失效，此时即处于涡环状态。

涡环状态是直升机所固有的一种危险状态，危及飞行安全。从直升机诞生之日起，由于陷入涡环而引发的直升机事故就十分频繁，即使是几十年后的今天，与涡环现象有关的飞行事故仍时有发生。为了对涡环现象进行定量分析，人们试图建立能反映其物理本质的数学模型。以往的研究是建立在滑流或涡流理论基础上的，但由于涡环状态的旋翼流场非常复杂，至今在理论上仍没有公认的计算方法，更加复杂的理论模型也并未使计算结果得到相应的提高。由此人们逐渐把涡环状态研究方法转向了模型试验研究。

中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所黄明其等人开展了旋翼模型垂直下降状态气动特性风洞试验研究，以及旋翼涡环状态气动特性和参数变化的风洞试验研究，南京航空航天大学的辛宏等利用直升机旋翼动力学重点实验室的旋臂机对直升机垂直下降的涡环状态开展了试验研究，南京航空航天大学的陆洋等对直升机涡环状态边界进行了飞行试验研究，这些试验研究都极大程度地促进了直升机界对垂直下降飞行以及涡环状态的认识。但是，上述研究只是了解掌握直升机涡环现象的气动特征及发生条件，对如何模拟涡环状态的改出方面尚未研究，不能够给飞行员必要的操纵指导，并使其在进入涡环状态后能够及时安全改出。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种直升机旋翼涡环状态改出试验地面模拟方法，通过试验获得涡环改出前后旋翼气动特性的变化规律，指导飞行员在旋翼进入涡环状态后如何及时安全改出。

本发明采用的技术方案如下：

一种直升机旋翼涡环状态改出试验地面模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，开展悬停试验，获取旋翼拉力系数与总距的变化规律，确定试验要求的不同拉力系数所对应总距操纵值；

步骤2，在旋翼垂直下降状态，启动旋翼试验台，使旋翼转速升到工作转速，操纵旋翼使桨距角达到悬停状态下指定的试验拉力系数对应的总距操纵值，风洞开车，然后调整风速到不同的试验值，并采集数据，获取每个对应风速下的旋翼气动载荷，完成后，将风速逐渐减小到零，旋翼操纵角回零，旋翼试验台停车；

步骤3，根据步骤2获取的旋翼气动载荷随风速的变化曲线，确定在步骤2中的试验拉力系数下涡环的最严重状态,获取旋翼拉力和功率损失最大时对应的风速值；

步骤4，开展涡环状态下旋翼总距快速拉起试验，旋翼垂直下降状态下，启动旋翼试验台至工作转速，操纵旋翼总距至试验拉力系数对应的操纵值，风洞开车，风速调整步骤3所确定的风速值，稳定后采集数据，获取涡环状态最严重时的旋翼气动载荷数据，然后以试验调节速率操纵旋翼总距，同时同步采集气动力相关数据，获取旋翼总距的快速拉起过程中气动载荷随时间的变化特性；