[发明专利]一种用于降低气动干扰影响的直升机平尾设计方法

说明书

本申请提供一种用于降低气动干扰影响的直升机平尾设计方法，方法包括：步骤1：直升机设置上平尾和下平尾，参考原准机参数；步骤2：上平尾和下平尾的初始面积均为S/2，上平尾和下平尾的初始展长均为L，上平尾和下平尾的初始弦长均为B/2，上平尾和下平尾的初始高度差为B；步骤3：建立设计直升机的旋翼/平尾干扰计算模型，计算分析设计直升机的旋翼/平尾干扰流场，得到强干扰状态下原准机平尾位置处的旋翼尾迹下洗角γ；上平尾和下平尾的1/4弦点的连线与水平面夹角等于所述旋翼尾迹下洗角γ；步骤5：采用结合动量源模型的CFD方法和基于Kr i gi ng模型的优化方法，进行参数优化获得上平尾和下平尾最终安装角、最终展长以及上平尾和下平尾的最终高度差。

技术领域

本发明属于直升机气动设计技术领域，特别涉及一种直升机平尾设计方法。

背景技术

直升机平尾是直升机的主要气动部件之一，起到改善直升机纵向操作性及稳定性的作用。直升机前飞时，旋翼尾迹打到平尾上，使得平尾的载荷突然变化，将引起直升机俯仰力矩的突变，对直升机的操作带来不利影响。由于现代直升机桨盘载荷增加和机身结构愈发紧凑，旋翼与平尾干扰问题更加突出，所以平尾设计中要重点考虑旋翼/平尾干扰问题。

常规直升机平尾设计方法中，用工程方法计算旋翼对平尾处的下洗系数，通过优化平尾的布置位置等参数来考虑气动干扰，常规平尾布局有三种，一是前置平尾，如“海豚”，二是后下置平尾，如AH-64，这两种平尾在悬停和小速度状态受到旋翼下洗流干扰。三是高置平尾，如RAH-66，该平尾布置位置距离旋翼较远，可以避免在小速度前飞时旋翼尾迹撞击平尾，但是在较大前进比时，旋翼尾迹仍会撞击平尾产生较强的气动干扰。少数直升机的平尾是可动的，如UH-60A，其平尾安装角通过反馈系统调节，可改善平尾性能。

常规平尾设计方法有如下不足：一、优化平尾布置参数无法从根本上避免平尾载荷突变情况的发生；二、可动平尾的结构复杂，重量大，成本高。

《直升机技术》2021年第4期论文《双层平尾对旋翼/平尾干扰的抑制机理研究》，文章编号1673-1220(2021)04-001-06，文章初步研究了双层平尾对旋翼/平尾干扰的抑制机理，根据流场分析初步给出了干扰抑制机理：双层平尾的上下双层设计降低了单层平尾弦长，从而降低了由于旋翼尾迹撞击而产生的干扰载荷；小前进比状态，上层平尾的遮挡作用减弱了旋翼尾迹对下层平尾的冲击干扰，抑制了旋翼/平尾干扰。

发明内容

本发明提出一种用于降低气动干扰影响的直升机平尾设计方法，尤其可用于直升机后下置平尾的设计，可以避免因旋翼干扰引起的平尾载荷突变情况的发生，防止直升机低速飞行时的俯仰力矩突变。

技术方案：1、一种用于降低气动干扰影响的直升机平尾设计方法，方法包括：

步骤1：直升机设置上平尾和下平尾，获得原准机平尾面积S、平尾展长L、平尾弦长B、平尾到桨心的水平距离W、平尾到桨心的垂直距离H；

步骤2：上平尾和下平尾的初始面积均为S/2，上平尾和下平尾的初始展长均为L，上平尾和下平尾的初始弦长均为B/2，上平尾和下平尾的初始高度差为B，上平尾和下平尾的1/4弦线连线的中点到桨心水平距离为W，上平尾和下平尾的1/4弦线连线的中点到桨心垂直距离为H；

步骤3：建立直升机的旋翼/平尾干扰计算模型，计算分析设计直升机的旋翼/平尾干扰流场，得到强干扰状态下原准机平尾位置处的旋翼尾迹下洗角γ；上平尾和下平尾的1/4弦点的连线与水平面夹角等于所述旋翼尾迹下洗角γ；

步骤4：确定直升机的上平尾和下平尾的初始安装角；