文档介绍：第二十六届(2010)全国直升机年会论文
刚性旋翼复合式直升机技术特点分析
刘成,朱清华,李建波
(南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室,南京210016)
摘要:常规直升机由于升力和前飞动力均来自于旋翼,前飞速度一直受到局部激波、气流分离及桨盘前倾等因素的限制。为了提升直升机的高速性能,国外针对复合式直升机进行了大量的研究,采用刚性旋翼技术的复合式直升机是这类研究的一个典型代表。本文介绍了刚性旋翼技术的发展历程,分析了刚性旋翼的原理和操纵方式,总结了刚性旋翼复合式直升机的技术特点。并针对我国高速复合式直升机的发展提出了一些意见和建议。
关键词:刚性旋翼; 前行桨叶概念; ABC旋翼; 复合式直升机
引言
直升机自诞生以来,历经八十多年的发展,以其突出的悬停、低空低速性能和良好的机动性能,在军民使用上都发挥了巨大作用。但是常规直升机由于局部激波、气流分离及桨盘前倾三方面因素的限制,前飞速度始终无法与固定翼飞机相比。而高速性能对于直升机执行战场支援、搜救、运输等任务却非常重要。
从十九世纪三十年代起,德、法、英、苏(俄)、美等国家,一直在高速直升研究方面不断探索,已有的技术思路大致有两类。一类是在常规直升机构型基础上,通过设置推进装置和机翼,前飞时为旋翼卸载,改变常规直升机升力和前飞动力均依赖旋翼的飞行原理,构造出复合式直升机。另一类是所谓的转换式直升机,即在悬停和垂直飞行状态以直升机模式飞行,前飞时以飞机模式飞行,实现高速度。
复合式直升机前飞推力主要由推进装置产生,推力更大,且旋翼不再需要大幅度前倾;高速前飞时机翼产生大部分升力,旋翼产生小部分升力,旋翼可以降低总距和转速,甚至进一步过渡到自转状态,有效削弱前行桨叶压缩性效应和后行桨叶失速限制,从而实现高速飞行。而针对不同旋翼技术与不同推进方式的组合,复合式直升机的形式也不尽相同。其中非常重要的一个构型就是采用刚性旋翼的复合式直升机。近几年随着美国西科斯基公司X2验证机研究的不断开展,这一构型的复合式直升机再次成为国内外关注的焦点。
本文将以XH-51、AH-56“夏延”、XH-59A、X2几种机型为例,对刚性旋翼技术、前行桨叶概念以及采用刚性旋翼的复合直升机的技术特点进行分析。最终从需求角度出发,论述复合式直升机在未来高速旋翼飞行器发展领域所处的地位,并根据国内目前实际情况,提出关于我国开展高速直升机研究的一些看法和建议。
刚性旋翼技术发展历程
刚性旋翼的出现
刚性旋翼的开发,实际上是洛克希德公司涉足直升机领域的一个切入点。洛克希德公司是固定翼飞行器设计方面的“领军人物”,其在飞机螺旋桨技术方面积累了大量的经验。上世纪50年代后期该公司对先进直升机开发产生了兴趣,着手研究刚性旋翼系统,并于1963年改进验证机XH-51A为复合直升机(如图1所示),用于刚性旋翼的飞行试验。
XH-51A 1964年首飞。1965年,依靠辅助动力飞行器速度达到438千米/小时——是当时所有旋翼飞行器中最快的速度。1967年6月19日,XH-51A复合型创下了另一项(非官方)旋翼机记录,平飞速度达到487千米/小时。XH-51A充分证明了刚性旋翼在高速复合式直升机上的可用性。
然而,该直升机因为采用涡轮喷气发动机作为辅助推进装置,燃料消耗率高的问题非常严重。
从XH-51A试验中得