旋翼翼型流动分离特性分析及高升力设计

王雪鹤,张子瀚,柴春硕,邢世龙,袁明川

(中国直升机设计研究所 直升机动力学全国重点实验室,江西 景德镇 333001)

0 引言

旋翼作为直升机重要的动部件,影响着直升机的飞行性能。对配置在旋翼上的翼型进行针对性设计,能够使旋翼气动性能得到直接的提升。然而,直升机旋翼面临的气动环境十分复杂,设计指标分解到旋翼翼型上后,在较宽速度范围和升力系数范围对其气动性能有着近乎苛刻的性能要求。根据传统的翼型设计指标要求,旋翼翼型需要具备较高的最大升力(clmax)以满足前飞和机动性能,较高的阻力发散马赫数(Madd)以满足前飞性能,较低的阻力系数(cd)以满足前飞和悬停性能,较低的力矩系数(cm)以满足操纵性能[1]。在上述设计指标中,最大升力性能是旋翼翼型设计中不可妥协的一个重要性能指标。如法国ONERA设计的OA系列旋翼翼型,在每代设计指标中均对clmax提出了要求[2];俄罗斯设计的多代TsAGI旋翼翼型,有朝着“更高的clmax、更高的Madd”发展的趋势[3]。因此,对失速特性的研究和提高最大升力系数成为旋翼翼型设计的重要方向之一。

在翼型失速机理分析方面,国外Katarzyna Surmac[4]采用风洞试验和CFD的方法,对SSC-A09翼型的失速后的流场特性进行了专门的分析,CFD计算结果和油流显示结果表现出了良好的一致性,均在大攻角时观察到上表面分离涡的出现。国内有文献[5]阐述了翼型流动分离的三种类型,但文中没有涉及分离流场的动态变化。有关翼型失速的流动机理分析常见于翼型动态特性研究的相关文献[6]中。……