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共轴刚性旋翼气动特性试验与分析
刘向楠;邵天双;刘实;刘少腾;陈宝
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2024(24)14
【摘要】共轴刚性旋翼直升机是高速直升机的主要发展方向之一,为了深入了解前进比及升力偏置对共轴刚性旋翼气动特性的影响,在航空工业气动院FL-52风洞开展了共轴刚性旋翼气动特性风洞试验,通过合理的操纵与配平策略,实现了共轴刚性旋翼配平,并对悬停、多种前飞状态下气动特性及升力偏置对旋翼操纵特性及性能的影响机理进行了研究。
结果表明,试验取得了比较好的配平效果,桨毂力矩、合扭矩及升力偏置配平误差分别优于±2 N·m、±0.5 N·m、±0.01;悬停状态扭矩配平与非配平状态下,上旋翼效率都大于下旋翼,差动总距效率随联动总距的增大而增大;前飞状态升力偏置可有效提升大前进比时旋翼气动效率而小前进比时则并不明显,升力偏置的增大会使上下旋翼的桨毂滚转力矩大幅增加。
【总页数】7页(P6082-6088)
【作者】刘向楠;邵天双;刘实;刘少腾;陈宝
【作者单位】中国航空工业空气动力研究院;低速高雷诺数航空科技重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】V211.52
【相关文献】
1.共轴双旋翼及孤立旋翼自转气动特性试验研究
2.共轴刚性旋翼高速直升机配平及旋翼系统气动特性研究
3.共轴刚性旋翼非定常气动特性初步试验研究
4.前飞速度和升力偏置量对共轴刚性旋翼气动\r特性影响分析
5.共轴刚性旋翼气动干扰特性风洞试验研究
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旋翼空气动力学《旋翼空气动力学指南》嘿，朋友，今天咱就来唠唠旋翼空气动力学这事儿。
你要是看到直升机那呼呼转的旋翼，是不是觉得特神奇？我呀，就认识这么一个对直升机着迷的小子，叫小辉。
小辉每次看到直升机在天上飞，眼睛就放光。
有一回，他跑来问我：“哥，你说那旋翼咋就能让直升机飞起来呢？”我就笑着跟他说：“这可就大有学问喽。
你看那旋翼，就像好几把大扇子，不过这扇子可不像咱夏天扇风的扇子那么简单。
”这旋翼在转动的时候啊，就和空气较上劲了。
空气呢，就像一群调皮的小娃娃，你得想办法让它们听话。
旋翼转动的时候，上面的空气被它赶着跑，下面的空气就被压着。
就好比你用手在水里划动，手上面的水被推开，手下面的水就被压着，这时候你的手就有了一种向上的力。
旋翼也是这个道理，它转得越快，和空气互动得就越厉害，产生的向上的力就越大，直升机就能飞得越高。
我还有个朋友叫老张，是个老航空迷。
他给我讲过一个故事，说以前有个人想要搞明白旋翼的奥秘，就做了好多小模型。
他把那些小旋翼模型放在风洞里吹，就想看看到底空气是怎么在旋翼周围流动的。
这风洞就像一个超级大吹风机，专门用来吹这些小模型。
老张说，那个人可认真了，眼睛一眨不眨地盯着，就像盯着自己心爱的宝贝一样。
通过这些实验啊，就慢慢发现了很多旋翼空气动力学的规律。
咱再来说说旋翼的形状。
你看那旋翼，可不是随随便便的形状。
它的叶片啊，有点像那种弯弯的镰刀，不过比镰刀更精致。
这种形状是为了让空气更好地在叶片上流动。
我就跟小辉打比方：“你看那滑滑梯，要是滑梯是直直的，你滑下来就没那么快。
但要是滑梯有点弯弯的，你就会滑得特别顺溜。
这旋翼的叶片形状也是这个理儿，能让空气顺着叶片滑得更快，这样就能产生更大的力。
”说到这，小辉又有问题了：“哥，那旋翼转动的时候，会不会有啥危险啊？”我想了想，告诉他：“那当然啦。
你想啊，旋翼转得那么快，就像好几把大刀片在高速旋转。
要是不小心靠近，那可不得了。
我听说有一次，一个冒失的小伙子在直升机没停稳的时候就想凑过去，差点就被旋翼给伤着了。
共轴刚性旋翼悬停及高速前飞状态气动干扰特性研究共轴刚性旋翼是一种常见的直升机结构，其气动特性对直升机的飞行性能有着重要的影响。
在直升机的悬停和高速前飞状态下，由于气动干扰的存在，会导致直升机的稳定性和操纵性能出现变化，因此对于共轴刚性旋翼悬停及高速前飞状态的气动干扰特性进行研究具有重要的意义。
悬停状态下，共轴刚性旋翼所受气动干扰主要来自于旋翼自旋产生的气流和旋翼叶片的相互干扰。
在这种情况下，气流的扰动会影响到旋翼叶片的升力和阻力特性，进而影响到直升机的稳定性。
研究共轴刚性旋翼在悬停状态下的气动干扰特性，可以为改进直升机的悬停性能提供理论基础。
对于共轴刚性旋翼在悬停状态下的气动干扰特性进行数值模拟分析。
通过建立共轴刚性旋翼的数学模型，并利用计算流体力学（CFD）软件对其气动特性进行模拟计算，可以得到旋翼受到的气动干扰及其对直升机悬停性能的影响。
还可以通过数值模拟分析来寻求减小气动干扰的方法，从而提高直升机的悬停稳定性和操纵性能。
针对高速前飞状态下的气动干扰特性，可以借助于数值模拟和风洞试验进行研究。
通过数值模拟分析可以得到共轴刚性旋翼在高速前飞状态下的气动干扰特性，同时可以探讨采用气动干扰补偿装置等措施来减小气动干扰对直升机性能的影响。
还可以通过风洞试验来对数值模拟结果进行验证，从而为共轴刚性旋翼在高速前飞状态下的气动干扰特性研究提供可靠的实验数据支持。
对共轴刚性旋翼悬停及高速前飞状态下的气动干扰特性进行深入的研究，可以为直升机的设计和优化提供重要的理论基础和实验支持。
通过研究共轴刚性旋翼在不同飞行状态下的气动干扰特性，可以为直升机在复杂气动环境中的安全飞行提供关键技术支持，并为未来直升机的气动干扰补偿技术和控制系统设计提供重要的参考依据。
【注：该文章为虚构内容，旨在展示如何撰写相关主题的文章。
】。
升力偏置对共轴刚性旋翼桨叶载荷和形变的影响分析研究作者：刘婷刘平安樊枫来源：《航空科学技术》2020年第04期摘要：针对高速直升机共轴刚性旋翼，开展了升力偏置对旋翼桨叶载荷和变形影响的计算研究。
首先，基于CamradⅡ软件，建立适合于共轴刚性旋翼气动/结构计算模型，并采用相关试验数据进行了计算验证。
在此基础上，针对共轴刚性旋翼的桨叶载荷和形变开展了计算研究，分析了升力偏置对共轴刚性旋翼桨叶气动力、桨叶剖面载荷、桨叶变形和桨尖间距的影响规律。
计算结果表明，随升力偏置的增大，前行侧桨叶桨尖向上位移增大，后行侧向下位移增大，且后行侧桨尖位移受升力偏置影响比前行侧更显著；同时，桨尖后掠会使桨叶外段在后行侧产生一定的下垂量，影响桨尖间距，使桨尖间距变小。
关键词：共轴旋翼旋翼；升力偏置；桨叶变形；桨叶载荷；计算分析中图分类号：V211.52文献标识码：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2020.04.007高速化是直升机未来重要的发展方向之一，也是当前国内外直升机技术领域的研究热点。
其中，共轴刚性旋翼高速直升机是极具应用潜力的高速直升机构型。
该构型高速直升机采用“前行桨叶”+共轴双旋翼+推力桨复合式构型，充分利用了旋翼前行侧动压大的优势，为后行侧卸载，削弱了后行桨叶动态失速问题。
由于采用了共轴双旋翼构型，并且存在升力偏置特性，共轴刚性旋翼桨叶会在上旋翼的后行侧、下旋翼的前行侧相互接近，存在桨尖相碰的风险。
另外，为了实现高速飞行，该构型直升机大幅减小了上下旋翼桨毂间距以降低气动阻力，这加剧了共轴刚性旋翼的飞行安全问题。
升力偏置是影响共轴刚性旋翼气动载荷、桨叶形变和桨尖间距的重要影响参数，为此，本文针对共轴刚性旋翼，开展升力偏置对气动载荷和桨叶形变的影响规律计算研究，具有重要的学术意义和工程应用价值。
国外对共轴刚性旋翼的研究起步较早，美国西科斯基公司通过XH-59A、X-2和S-97等多型共轴刚性旋翼高速直升机[1-6]的研制，对共轴刚性旋翼的气动、动力学、飞行力学等特性开展了较多的研究，并针对共轴刚性旋翼的桨尖间距开展了一些试验研究[7]。
共轴刚性旋翼气动干扰特性风洞试验研究袁明川;刘平安;樊枫;江露生;林永峰【摘要】针对共轴刚性旋翼上下旋翼间复杂气动干扰问题,利用4m直径共轴刚性旋翼缩比模型开展了悬停及前飞状态风洞试验研究.试验中,采用两套六分量天平对共轴刚性旋翼的上下旋翼进行分开测力,并测量了相同操纵量输入时的孤立单旋翼气动力.通过分析双旋翼状态下的上下旋翼与孤立单旋翼的气动力的对比结果,研究了共轴刚性旋翼在悬停及前飞状态下的气动干扰特性.在此基础上,还进行了升力偏置对气动干扰影响的试验研究.结果表明:随着旋翼前进比的增大,上下旋翼之间的气动干扰逐渐减弱,共轴刚性旋翼的非对称气动干扰会使得双旋翼升力偏置增大.【期刊名称】《南京航空航天大学学报》【年(卷),期】2019(051)002【总页数】6页(P257-262)【关键词】共轴刚性旋翼;孤立单旋翼;气动干扰;升力偏置;风洞试验【作者】袁明川;刘平安;樊枫;江露生;林永峰【作者单位】中国直升机设计研究所直升机旋翼动力学重点实验室,景德镇, 333001;中国直升机设计研究所直升机旋翼动力学重点实验室,景德镇, 333001;中国直升机设计研究所直升机旋翼动力学重点实验室,景德镇, 333001;中国直升机设计研究所直升机旋翼动力学重点实验室,景德镇, 333001;中国直升机设计研究所直升机旋翼动力学重点实验室,景德镇, 333001【正文语种】中文【中图分类】V287共轴刚性旋翼高速直升机是当前高速直升机的重要研究方向[1‑3]。
共轴刚性旋翼采用前行桨叶概念，利用前行桨叶产生升力，对后行桨叶进行卸载，并通过上下反转旋翼抵消气动不对称引起的滚转力矩[4‑5]。
后行侧卸载减弱了动态失速对飞行速度的限制，同时上下旋翼采用较小的轴间距以减小桨毂阻力，这些措施使其飞行速度能够得到大幅度提升。
然而，共轴刚性旋翼上下旋翼轴向间距的减小也加剧了两者间气动干扰；同时，由于共轴刚性旋翼的操纵方式与常规共轴双旋翼存在较大区别，这也使得共轴刚性旋翼气动干扰特性存在一些特殊性。
共轴刚性旋翼悬停及高速前飞状态气动干扰特性研究共轴刚性旋翼（CRW）是一种用于直升机的飞行控制系统，它具有出色的操纵性能和稳定性。
当飞机在悬停状态或高速前飞时，会受到气动干扰的影响。
本文旨在研究共轴刚性旋翼在悬停和高速前飞状态下的气动干扰特性，以揭示其飞行性能和操纵性能。
1. 引言悬停是直升机最常见的飞行状态之一，也是其飞行控制系统设计中的关键问题之一。
在悬停状态下，直升机的气动干扰主要包括地面效应、旋翼尖涡等。
共轴刚性旋翼具有独特的旋翼结构和飞行控制系统，其悬停状态下的气动干扰特性吸引了广泛的研究兴趣。
我们需要对共轴刚性旋翼的飞行动力学进行建模分析，得到其在悬停状态下的飞行特性和飞行控制系统的设计参数。
然后，可以利用计算流体力学（CFD）方法，对共轴刚性旋翼在悬停状态下的气动特性进行数值模拟。
通过数值模拟，可以得到共轴刚性旋翼受到的气动干扰的特性参数，如升力、阻力、气动力矩等。
可以通过实验验证，对比数值模拟结果，验证共轴刚性旋翼在悬停状态下的气动干扰特性分析结果，得出结论和建议。
在高速前飞状态下，直升机受到的气动干扰更加复杂，主要包括惯性气动干扰、气动失速等。
共轴刚性旋翼的高速前飞状态下的气动干扰特性，直接影响其飞行性能和操纵性能。
4. 结论通过对共轴刚性旋翼在悬停和高速前飞状态下的气动干扰特性进行研究，可以更加深入地了解其飞行性能和操纵性能。
这有助于为共轴刚性旋翼的飞行控制系统的设计和优化提供理论依据和实验数据支持。
该研究结果还可以为其他类型的直升机和飞行器的飞行控制系统设计提供借鉴和参考。
共轴刚性旋翼在悬停和高速前飞状态下的气动干扰特性研究具有重要的理论和实际意义，对飞行器的飞行控制系统设计和优化具有一定的参考价值。
希望本文的研究成果可以为相关领域的科研工作和工程实践提供有益的启发和帮助。
第二十八届（2012）全国直升机年会论文刚性共轴双旋翼气动特性试验研究及试验模型设计马保军 朱清华（南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室，江苏南京，210016）摘 要：为了研究刚性共轴双旋翼的气动特性，本文开展了共轴双旋翼试验原理研究和试验装置的设计。
该试验装置的设计上采用两个电机分别驱动上下旋翼，并通过控制系统对下旋翼的总距控制实现上下旋翼反扭矩的平衡。
利用有限元分析软件对设计的试验装置及模型的关键部位进行了强度分析。
关键词：共轴双旋翼；试验模型设计；气动特性；风洞试验1 引言多年来，提高飞行速度同时又具有直升机垂直起降和空中悬停的能力的飞行器，一直是人们不要断研究的课题。
美国X2复合直升机的成功试飞，共轴双旋翼复合直升机成为了人们研究的热点。
因此开展共轴双旋翼的气动特性的研究具有重要意义。
为了研究共轴双旋翼的气动特性，进行共轴双旋翼的试验方法的设计及风洞吹风试验是非常有必要的。
本文针对刚性共轴双旋翼的气动特性试验的需要，进行了试验方案的研究及试验装置的设计工作。
2 试验要求要求试验模型能模拟真实的共轴双旋翼的结构特点。
在试验中要求上下旋翼反扭矩平衡，为了分析结构参数对气动性能影响，要求能够改变上下旋翼之间的间距、上下旋翼的总距、来流速度、桨盘迎角等。
在不同旋翼间距、总距等参数的情况下测量旋翼的力、力矩及上下旋翼之间的干扰情况。
3 试验方案设计3.1 不同试验方案的比较根据共轴双旋翼的气动特性试验要求，拟定了两种试验方案如图所示。
方案1中采用龙门架天平过渡装置方案1方案2图1 方案式的支撑结构，此方案中通过能沿侧臂上下滑动的装置实现上下旋翼之间的间距，能够满足试验的要求，但是此方案的结构尺寸比较庞大不易运输和安装，而且上下旋翼的同轴度在安装和调整的过程不易保证同时还受到试验室空间的限制。
方案2中通过一过渡装置实现上下旋翼之间的连接和间距调整，结构紧凑便于运输、安装不受试验室空间限制。
空气动力学研究中面临的挑战与机遇作者：宋江勇来源：《科技资讯》 2012年第16期宋江勇（中国飞行试验研究院科技部陕西西安 710089）摘要：空气动力学是在流体力学基础上随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个新兴学科，空气动力学的发展对于航空航天飞行器的研制有着极为重要的作用，是航空航天最重要的科学技术基础之一，对于国家安全、经济发展、社会和谐都有着极为重要的作用。
本文从航空航天事业发展现状和未来趋势出发，就空气动力学研究所面临的机遇和挑战进行了研究。
关键词：空气动力学流体控制航空航天发展方向中图分类号：V211 文献标识码：A文章编号：1672-3791(2012)06（a）-0000-00空气动力学是研究物体同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化，在流体力学基础上，随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。
空气动力学的发展对于航空航天飞行器的研制有着极为重要的意义，是航空航天最重要的科学技术基础之一，对国家安全、经济发展、社会和谐都有着重要和用。
在过去一段时间里，由于航空工业的相对成熟，关于航空领的研究更多的集中于如何通过改进制造过程降低成本，而不再将主要力量投入新技术的研究，但随着国际形势的日益严峻、信息化程度的提高以及航空运输对安全性经济性的要求，航空技术研究面临着更多更新的挑战，使得全球重新提高了对航空技术研究的关注程度。
作为航空航天技术的重要基础学科之一的空气动力学，也面临着全新的机遇和挑战。
1 空气动力学研究意义和研究现状1.1 空气动力学研究意义人们最早对空气动力学的研究可以追溯到人类对鸟或弹丸在飞行时的受力和力的作用方式的种种猜测，但真正形成独立学科是在20世纪航空事业的迅速发展之后，是在经典流体力学中发展并形成的新的分支，并且迅速成为发展航空航天各类飞行器的重要基础科学和关键技术，推动整个人类航空航天事业的发展，成为航空航天事业发展的基础。
第53卷第2期2021年4月Vol.53No.2Apr.2021南京航空航天大学学报Journal of Nanjing University of Aeronautics&Astronautics共轴刚性旋翼高速直升机风洞试验研究综述黄明其，王亮权，何龙，王畅，唐敏（中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，绵阳621000）摘要：共轴刚性旋翼高速直升机是下一代直升机发展的重点构型之一，风洞试验是突破其中关键空气动力学技术、推动该构型直升机从原理验证走向型号研制所依赖的重要手段。
文中对国内外共轴刚性旋翼试验设施及相关风洞试验进行了介绍，综述了共轴刚性旋翼升力偏置、流场显示与测量、桨毂减阻、推进螺旋桨和机身气动特性等技术领域的试验研究概况及主要成果。
结合国内外研究现状，对中国共轴刚性旋翼高速直升机在风洞试验设备建设、研究能力拓展以及试验结果应用等方向的发展提出了思考。
关键词：共轴刚性旋翼；高速直升机；风洞试验；升力偏置；桨毂减阻；螺旋桨中图分类号：V211.52文献标志码：A文章编号：1005‑2615（2021）02‑0216‑10Overview of Wind Tunnel Test for Coaxial Rigid RotorHUANG Mingqi，WANG Liangquan，HE Long，WANG Chang，TANG Min（China Aerodynamics Research and Development Center，Low Speed Aerodynamics Institute，Mianyang621000，China）Abstract:High speed helicopter with coaxial rigid rotor is one of the most promising configurations for the next generation helicopter.Wind tunnel experiment is an important way in helicopter aerodynamics research and in the development of a new helicopter.The current status of wind tunnel tests on coaxial rigid rotor is examined in this paper.A brief history of the developed test facilities is given.The review is followed by the research results on different aerodynamic problems，e.g.，lift offset，flow field visualization and measurement，drag reduction of hub，propeller and fuselage test.Considering the characteristics of previous studies，the prospects of wind tunnel experiment for coaxial rigid rotor on test rig development，research capability improvement，and test results application are presented.Key words:coaxial rigid rotor；high speed helicopter；wind tunnel experiment；lift offset；drag reduction；propeller常规单旋翼直升机在大速度前飞时，桨盘两侧来流存在严重的不对称现象，由于需要保持旋翼升力和力矩平衡，前行侧桨叶的迎角较低，并未充分发挥其产生升力的潜力。
第51卷第2期2019年4月Vol.51No.2Apr.2019南京航空航天大学学报Journal of Nanjing University of Aeronautics&Astronautics共轴刚性旋翼空气动力学问题与研究进展吴希明（中国航空工业集团有限公司，北京，100028）摘要：基于共轴刚性旋翼独特的运动特征，分析了前后行桨叶气动载荷的巨大差异所引起的旋翼严重非定常气动特性，阐述了共轴刚性旋翼特有的升力偏置特性、双旋翼气动干扰特性以及桨毂阻力特性等若干空气动力学问题。
在此基础上，针对共轴刚性旋翼的特殊气动问题，概述了目前在空气动力学基础理论、气动布局优化设计、桨毂减阻设计以及相应的气动特性试验等共轴刚性旋翼空气动力学领域的研究进展。
最后，基于目前高速共轴旋翼直升机研究的瓶颈问题，指出了共轴刚性旋翼空气动力学领域后续的发展方向和研究重点。
关键词：高速直升机；共轴刚性旋翼；空气动力学；理论研究；优化设计；风洞试验中图分类号：V211.52文献标志码：A文章编号：1005‑2615（2019）02‑0137‑10Aerodynamic Problems and Research Progresses of Rigid Coaxial RotorWU Ximing（Aviation Industry Corporation of China，Ltd.，Beijing，100028，China）Abstract:Based on the specific motion features of coaxial rigid rotor，the complex unsteady aerodynamic characteristics caused by the great difference on airloads of the advancing side and retreating side are analyzed and some particular aerodynamic problems including lift‑offset，rotor‑to‑rotor interactions and hub drag are summarized.Focused on the special aerodynamic problems of coaxial rigid rotor，the recent research progresses on aerodynamic theory，aerodynamic configuration optimization design and corresponding experiments are reviewed.Finally，the further development direction and research priorities on coaxial rigid rotor aerodynamics are pointed out considering the bottlenecks which exist in current studies.Key words:high‑speed helicopter；coaxial rigid rotor；aerodynamics；theoretical research；optimal design；wind tunnel experiment相较于其他类型飞行器，直升机具有垂直起降、低空低速飞行（包括悬停）、灵活机动等特点，在军用（对地攻击、后勤支援、侦察巡逻等）和民用（短途运输、救灾救生、吊装设备等）领域都具有广阔的用途和良好的发展前景。
然而，常规直升机受旋翼前行桨叶激波失速和后行桨叶动态失速等对飞行包线的限制，最大平飞速度只能达300km/h左右。
速度低、航程短等问题严重制约了直升机在军、民用领域的进一步广泛使用。
正因如此，探索新的旋翼构型、提高直升机飞行速度一直是直升机技术领域的重要研究方向，也是目前业界的研究热点[1‑2]。
目前，国际上通常将最大平飞速度超过400 km/h的直升机称为高速直升机，其中，以美国西科斯基公司X‑2TD（技术验证机）[3‑4]和S‑97[5]为代表的共轴刚性旋翼高速直升机是一种极具发展潜力的高速直升机构型。
该构型高速直升机革新了常规直升机旋翼的工作原理，采用“前行桨叶概念”[6]和共轴双旋翼构型，只通过旋翼前行侧提供DOI：10.16356/j.1005‑2615.2019.02.001收稿日期：2018‑11‑11；修订日期：2019‑03‑08作者简介：吴希明，男，研究员，中国航空工业集团科技委副主任。
研究方向：直升机设计。
获国家科技进步奖1项，国防科技进步二等奖3次。
通信作者：吴希明，E‑mail：ximwu@。
引用格式：吴希明.共轴刚性旋翼空气动力学问题与研究进展［J］.南京航空航天大学学报，2019，51（2）：137‑146.WU Ximing.Aerodynamic Problems and Research Progresses of Rigid Coaxial Rotor［J］.Journal of Nanjing University of Aero‑nautics&Astronautics，2019，51（2）：137‑146.第51卷南京航空航天大学学报升力，后行侧不提供升力，充分利用了旋翼前行侧动压大的优势，避免了后行侧失速对飞行速度的限制。
同时，采用辅助推进装置，在高速飞行时提供足够的前进力。
该构型直升机结构紧凑，保留并提升了常规直升机低空机动能力，可实现大幅度的速度提升（X‑2验证机的最大速度已达到463km/h）。
共轴刚性旋翼是该构型高速直升机的关键和特色部件，其气动性能对高速直升机全机性能至关重要。
共轴刚性旋翼新的气动原理突破了常规旋翼的速度限制，但也使得其气动环境和工作方式与常规构型旋翼存在较大差别。
除了存在常规旋翼所包含的气动问题外，共轴刚性旋翼还存在大反流、强径向流、强压缩性、双旋翼干扰等复杂流动特征和升力偏置、变转速等特殊工作方式。
目前，国内在共轴刚性旋翼气动研究方面正处于初步发展阶段，急需进行大量的技术研究。
本文针对共轴刚性旋翼主要的气动问题进行了阐述，介绍了国内外关于共轴刚性旋翼气动问题的研究进展，并给出了一些后续研究建议。
1共轴刚性旋翼主要的气动问题1.1共轴刚性旋翼复杂的非定常气动特性共轴刚性旋翼高速直升机在高速前飞时，旋翼只提供升力和部分操纵力，其他的升力与操纵力由尾推力桨和气动舵面提供。
在高速前飞时，为了保证共轴刚性旋翼桨尖速度不超过音速临界值，会对降低旋翼旋转速度，使得旋翼桨尖速度始终小于某个临界值，例如，美国X‑2高速直升机旋翼桨尖马赫数临界值设为0.9[7]。
由于这种工作方式上的差异，共轴刚性旋翼的非定常空气动力学特性与常规旋翼有着较大的差别。
与常规旋翼相同的是，共轴刚性旋翼高速飞行时，旋翼前行侧桨叶剖面速度是旋转速度与飞行速的正向叠加，桨叶剖面最大来流马赫数也将达到0.9，甚至更高，桨尖处于非线性的跨声速流场区域，桨叶表面出现激波现象，存在着强烈的激波/附面层干扰，并导致气动阻力的激增。
与常规旋翼不同的是，当共轴刚性旋翼桨尖速度达到临界值后，旋翼将逐渐降低旋转速度，这将改变桨叶在旋转一周过程中的来流分布，进而对其空气动力学特性产生影响。
首先，共轴刚性旋翼前飞速度增大，转速降低，桨叶来流在旋转一周过程中的径向分量将显著增大，即共轴刚性旋翼存在强径向流动特征，其对气动特性有着重要影响。
然后，共轴刚性旋翼后行桨叶剖面速度为飞行速度与旋转速度的反向叠加，桨叶很大部分区域将处于反流区域内，反流区可达到桨叶半径的80%甚至更高，而常规旋翼一般只到30%左右，这会导致桨叶出现显著的气流分离，并引起阻力明显增加。
综上，共轴刚性旋翼桨叶在运动过程中除了存在常规旋翼包含的速度和迎角时变等非定常流动特征外，还同时包含着强压缩性、强径向流、大反流3种复杂流动特征，如图1所示。
共轴刚性旋翼特殊的非定常流动现象及其对旋翼气动特性的影响是共轴刚性旋翼重要的空气动力学问题之一。
1.2上/下旋翼复杂的气动干扰特性共轴刚性旋翼采用了“前行桨叶”概念，即前行桨叶提供了绝大部分气动力，后行桨叶几乎不产生气动力，为保持整副旋翼的滚转平衡，还采用了共轴旋翼构型，同时也引入了复杂的上、下旋翼的气动干扰问题，如图2所示。
共轴刚性旋翼构型具有上、下两副旋翼，由于上、下旋翼的旋转方向相反，即便在悬停状态，其流场也是高度非定常的；在中小速度飞行状态，旋翼处于各片桨叶桨尖图1常规旋翼与共轴刚性旋翼的气动环境比较Fig.1Comparison of conventional single rotor and coaxial rigid rotor aerodynamics138第2期吴希明：共轴刚性旋翼空气动力学问题与研究进展涡形成复杂的涡流场中，不仅存在类似于常规直升机旋翼流场中的桨叶与自身桨尖涡之间的桨‑涡干扰脉冲现象，还存在着上旋翼尾迹涡对下旋翼桨叶的“桨‑涡干扰”现象；此外，流场中各段桨尖涡之间存在着严重的“涡‑涡相互干扰”，导致尾迹涡产生畸变。
值得注意的是，为了尽量减小高速飞行下的桨毂阻力，共轴刚性旋翼上、下旋翼的间距一般较小，这更加剧了上述涡干扰程度。
因此，上/下旋翼复杂的气动干扰机理及其对旋翼气动特性的影响规律是共轴刚性旋翼另一重要的空气动力学问题。
1.3共轴刚性旋翼升力偏置特性常规直升机旋翼前、后行侧产生的升力基本相等，以保证直升机的滚转平衡。
然而，共轴刚性旋翼采用的是“前行桨叶概念”，即旋翼前行侧提供了绝大部分升力，旋翼后行侧几乎不产生升力。
共轴刚性旋翼这种独特的工作方式，使得上、下旋翼各自的升力中心向前行侧偏移，即上下旋翼均产生了升力偏置。
上下旋翼升力偏置量值对整副旋翼前飞气动性能有着重要影响[8]，但是过大的升力偏置会使得桨叶根部产生过高的挥舞弯矩，这对桨叶的结构、强度设计是不利的。
因此，共轴刚性旋翼在高速前飞时，一般会通过调整操纵输入合理控制共轴刚性旋翼的升力偏置值，以同时保证较高的前飞气动性能和合理的桨叶根部载荷。
正因共轴刚性旋翼存在升力偏置特性，上、下旋翼在前行侧产生的诱导下洗流速度要远大于后行侧，使得上、下旋翼的下洗流场呈现横向不对称的流动特征（如图3所示），这与常规旋翼和普通共轴双旋翼均是不相同的，也会在一定程度上对上、下旋翼的气动特性产生影响。
因此，共轴刚性旋翼独特的升力偏置特性及其对旋翼流动特性和气动特性的影响也是值得研究的共轴刚性旋翼空气动力学特性之一。
