22-悬停状态三维桨尖旋翼模型桨叶表面动态压力测量试验(26室林永峰)(7)
第二十六届(2010年)全国直升机年会论文
悬停状态三维桨尖旋翼模型桨叶表面动态压力测量试验
林永峰1黄建萍1严军2陈文轩2
(1.中国直升机设计研究所旋翼动力学重点实验室，江西景德镇，333001；
2.中国直升机设计研究所，江西景德镇，333001；)
摘要：研制了抛物线后掠带下反的4m直径三维桨尖形状的旋翼模型，在一片桨叶的5个剖面上布置了微型压力传感器，开展了悬停状态下抛物线后掠桨尖和抛物线后掠带下反桨尖旋翼模型动态压力测量试验。采用动态信号的采集方法测量了桨叶表面压力，对试验结果进行了分析，给出了分析结论。
关键词：三维桨尖；旋翼；表面压力；试验
0 引言
桨尖形状对旋翼性能有着重大的影响。桨尖区域是一个非常敏感的区域。它既是桨叶的高动压区，又是桨尖涡的形成和逸出之处，桨尖形状小的改变就能导致桨尖涡的涡强和轨迹有大的变化，从而影响旋翼的流场、气动载荷和噪声。因此，采用合适的桨尖形状，能有效地改进旋翼的气动性能[1] [2] [3] [4] [5]，对直升机旋翼桨尖形状的理论和试验研究已成为当今旋翼气动研究的重要课题。
自70年代以来，美、英、法、德和俄国先后开始了各自的旋翼桨尖形状的研究。在80年代后新研制的直升机旋翼上，就很少使用矩形桨尖了。大量的非矩形桨尖在直升机旋翼上得到广泛的应用，特别是采用BERP桨尖的英国“山猫”直升机于1986年创造了400.87km/h的世界直升机速度记录[6]。使研究人员认识到桨尖形状的改进是改善旋翼气动特性的重要途径之一。
美国西科斯基公司还在旋翼台上用UH-60A旋翼模型试验了三种桨尖，桨尖长度为6%，三种桨尖分别是后掠桨尖、双后掠尖削桨尖（DST桨尖）和双后掠尖削带20°下反桨尖。
欧洲的法国和德国在三维桨尖的理论分析和试验方面也开展了许多研究工作，德国在三维桨尖的气动机理研究方面开展了流场显示和表面测压试验研究。
本次桨叶表面动态压力测量试验研制了抛物线后掠、抛物线后掠+下反桨尖形状的两付4m直径的旋翼模型，研究悬停状态下三维桨尖对旋翼气动特性的影响。
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1 试验设备及旋翼模型 1.1 试验设备
试验设备包括旋翼模型试验台及动力、操纵控制、测量数采等系统。测量系统包括旋翼天平、扭矩天平、载荷应变片、动态压力传感器，分别测量旋翼载荷、变距拉杆载荷、桨叶表面动态压力。并且配备了监视报警系统和振动监视系统，实时监视旋翼模型及台体的运行和振动情况，确保试验设备和模型的安全。
1.2 试验模型
研制抛物线后掠桨尖形状和三维桨尖形状（抛物线后掠+下反）的4米直径的旋翼模型，三维桨尖形状旋翼模型桨叶在0.95R 处下反20°，其桨叶平面形状见图1，三维CATIA 外形见图2。
旋翼模型基本参数见表1。
表
1模型旋翼基本参数
旋翼直径
4米 桨尖速度
216 米/秒
图 1 桨叶平面形状示意图
图 2 三维桨尖桨叶CATIA 外形图
桨叶片数4片桨叶
扭转角
-12°/R
桨叶基本弦长0.1635
米
旋翼
实度
0.104
翼型配置：0.26R～0.95R剖面，桨叶翼剖面25%弦长处的厚度中点均位于变距轴线上；0.95R～1.0R 剖面，桨叶翼剖面25%弦长处的厚度中点均位于参考线上，参考线根据抛物线规律给出，桨叶配置了OA 系列的3种翼型。
桨尖形状及下反角：
抛物线后掠桨尖和抛物线后掠带下反桨尖。桨尖后掠并下反的起始位置为r=0.95R；桨尖各剖面后缘成直线，参考线根据抛物线规律在XZ平面向后掠，桨尖尖削比为1:2（1.0R剖面处弦长为0.08175m），桨尖各剖面的弦长由此确定；下反角为20°。
桨叶表面压力测试点：
模型桨叶分别在r=1300mm、1400mm、1500mm、1830mm、1950mm（r/R=0.65、0.7、0.75、0.915、0.975）剖面上布有测压点。
桨叶弦向测压点布置：
r/R=0.7、0.915二个剖面的上表面布置有4个测压点，下表面布置有3个测压点。测压点位置为：上表面从前往后依次为：x/C=0.03、0.10、0.30、0.58，
下表面从前往后依次为：x/C=0.04、0.18、0.60；
r/R=0.65、0.75两个剖面为特征点测试剖面，仅在上表面x/C=0.02处布置一个测压点；
r/R=0.975剖面上下表面各有一个测压点。测压点位置为：
上表面：x/C=0.10，
下表面：x/C=0.18。
x均为测压点距当地剖面前缘的距离。
为安装压力传感器和布置导线，需要在桨叶表面预压压坑和布线槽。压力传感器安装在桨叶表面预留的压坑内, 用胶粘剂与桨叶粘接, 压力传感器导线从旁边预留的布线槽内引出, 再沿桨叶展向布线槽引至根部。
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在布置压力传感器的剖面r=1400、1830处，需在上下表面压出一深（距表面）为0.2mm宽（径向）为40mm长为整个弦向
长度的压槽。在布置压
力传感器的剖面
r=1300、1500、1950处，
需压出一深为0.2mm宽
为15mm长为整个弦向
长度的压槽。
从r=480到
r=1400，上表面展向布
线槽宽为21mm，下表面
为15mm；从r=1400到
r=1830，上表面展向布
线槽宽为15mm，下表面
为9mm；其余布线槽宽为7.5mm。布线槽深均为1.2mm。
所有布置传感器的压坑，深均为 1.2mm；在r=1400、1830剖面上表面x=0.03b0、下表面x=0.04b0处和在r=1300、1500剖面上表面x= 0.02b0处的压坑，直径为3mm，其它的压坑直径为7.5mm。
布线槽深、压坑深均以
压槽底面为基准。研制的三
维桨尖形状的旋翼模型见图
3。
2 桨叶表面动态压力传感器安装布置
模型桨叶分别在r=1300mm、1400mm、1500mm、1830mm、1950mm（r/R=0.65、0.7、0.75、0.915、0.975）剖面上布有动态压力传感器，其中r/R=0.7、0.915两个剖面分别布置有7个压力测量点（上表面4个，下表面3个）。微型压力传感器从国外引进，考虑到在桨叶剖面前缘的特殊情况，引进了两种压力传感器（见图4），其中一种尺寸较小，适合布置在桨叶前缘或在小尺寸桨尖处。
LQ-062外形图（直径1.6mm，厚0.76mm，重量0.2g）LQ-47外形图（直径4.1mm，厚0.63mm，重量0.1g）
图4 两种微型压力传感器
在传感器布置粘贴方面，充分考虑传感器对旋翼
图3 三维桨尖形状的旋翼模型
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