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第 2卷 3

停车，它仍可以依靠旋翼自转安全着陆.用旋翼采预转技术，即起飞前通过传动装置将旋翼预先驱

螺旋桨的推力 T可经改进的叶素理论积分计算E, 2见式 ( ) 3 1.丁一… a r

转，然后通过离合器切断传动链路后起飞，得它使可以鹞式跳跃或超短距起飞，而降落时，过操纵通

旋翼锥体后倾，实现点式着陆，需要专用机可不场.其兼有直升机和飞机的特点，有良好的低具空、速性能和安全性，低比直升机制造使用维护成

() 1

式中 I为空气密度， D y为叶素阻升角，为桨叶合 速度与旋转平面的夹角 ( 一￡其中￡为干涉 一，

本低、纵简单，十几年来该类飞行器再次成为操近航空领域关注的热点口 .] 本文基于叶素理论和数值积分方法，现代对旋翼机推/升力系统参数特性进行了研究分析，并利用进化算法进行了系统参数多目标优化设计， 为我国今后研制军事或民用旋翼机提供技术支撑.

角，为几何人流角 ) a为

干涉系数，为桨叶 ,片数， I叶素升力系数，为桨毂半径， CJ为 r V。为前飞速度 .1 C.

一 4 i 9+ e tan sn( 0 )

1L

—

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__— J—

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.

Z ( 2)

把代入式 ( )用牛顿迭代法可求出.际 2,实运行中，旋桨处于机身后部，受机身干扰 .螺会螺旋桨推力受机身影响系数一般由螺旋桨直径和机身参考直径比值确定，可经试验测量获得.( )升力 2叶素相对气流的切向速度 U,向速度 U垂 和径向速度 U分别为UT一 x i+ V C S sn y O () 3 UP一 (一 x O + v sn ) i + ( z— V ) O CS y i sn V iC S() 4

1推/力系统及其参数 升推力系统由发动机和螺旋桨构成，由发动机提供动力驱转螺旋桨产生旋翼机前进的推力.升力系统由桨叶、轴和桨毂等旋翼装置构成，面桨地

预转时由发动机通过传动系统 (含离合器 )提供能量，动旋翼转到预定转速，驱然后断开动力链路，

增加旋翼总距，靠旋翼储存的动能转化为高度依势能使旋翼机飞离地面，开地面后靠相对气流离运动获得旋转能量产生向上的升力，图 1推力见 .

u一一 ( V CS+ 7s CS+ (z R l一 xO 4i, n O f V— )i l s n( ) 5

系统和升力系统之间通过减速器、传动轴、离合器

等传动装置连接，对传动系统有柔和接通、速脱快离、动功率大的设计要求.传

l,

[/ T

图 2桨叶剖面受力及桨盘来流Fi .2 For e tb a e s c i nd i l w g c s a l d e ton a nfo fo o ortp plne r m r t i a

其中，y口 V,分别为来流速度在 X, z三个轴 y,方向的分量，和分别为桨叶挥舞角和方位角，图 1旋翼机主要部件及推/力示意图 升Fi.1 Skec a yr l n g t h m p ofg op a ei

为旋翼诱导速度，可通过下式计算得出

口r )+ s x专o ( j,一。专i+c。 6 ( n O s )。,

推力系统参数包括螺旋桨半径 R, 螺旋桨

桨叶弦长 b,旋桨转速 n轴功率 P;力系统 螺及升参数包括旋翼半径 R, 旋翼桨叶弦长 C桨叶转动，惯量 J,翼实度，轴后倒角，翼最大预 旋桨旋转速 N起飞总距 0和巡航状态桨尖速度 1 , j 2 R等.这些参数是计算推力和升力的变量，是影响旋

和。分别为人流常数项、弦项和余正

弦项，应用 Pt— ees态人流理论计算得出 i P tr动 tr A

[ j M] l

El g

() 7

翼机飞行性能和跳飞性能的主要因素.( )推力 1

式中 C, C T c, 2分别为拉力系数，动滚转力矩气系数和气动俯仰力矩系数，和 L是动态人流理 M

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第 1期

朱清华等：跳飞自转旋翼飞行器推/力系统参数优化可升

论的相关系数矩阵嘲 .舞响应采用韦恩 翰挥约逊的经验方法给出

计：+岛△/ =: Q一

() 8() 9

+ A/ O n+ ( )/ △。 a。

计一 _ J,计， 厂 8 计 ) ( 动方程隐式处理.

( 0 1)

由于挥舞运动方程项数较多，此将挥舞运因叶素迎角一

+( 0 ) O i 0 0 专一 + ln 1 8 c一 + s s C2

()+ 0 ( )+ a ca (/ ) 3 r t n UP uT

( 1 1)

式中为总距角，为负扭角 (翼机的桨叶无 旋负扭角 ) 0和。,分别为纵、向周期变距.叶横桨

上第 i剖面的倾角操纵线系变形引起的倾角改个变为 0 ()桨叶扭转变形为 0 ()。,。 .

00o鼢 : t r c￣其中桨盘绕机体 x轴 (轴)角 O 纵转 x一

根据桨叶翼型升阻特性数据， o及 oC即 c C。 c a关系，由得到的值，算翼型升力系数 c和翼计 -型阻力系数 c值， 然后可以计算出叶素升力和阻力为 d一 (+ u; b d L u; )Clr d一 D (+ u; b r u; )Cd d ( 2 1) ( 3 1).

( a: ) 2绕机体 Y轴 (轴 )角一 一。一 /,横转y+( 一一s ) 2 y为桨轴后倒角， o/,。 a卢为挥舞和分别为旋角；,。 和。分别为在桨轴

坐标系中旋翼桨盘的纵、和垂向速度比； F 横 V x,翼机纵、、向速度 .用前述气动模型，叶素横垂采从阻力切向分力 d D。随转速变化人手，式 ( 5如 1)

(是u 和

的合速度 )由数值积分计算出，

使用数值积分的方法，过叶素升力和阻力通计算出单片桨叶和整个旋翼的升力和阻力.

旋翼扭矩 Q(如式 ( 6 )以及旋翼转速变化量. 1),根据各方向速度在△时间内的变化，复前述过程￡重

2跳飞模型 旋翼机通过旋翼预转功能，以实现鹞式跳可飞，这是旋翼机不同于直升机和飞机所特有的起飞方式 .

计算下一时刻 ( t各数值，可以得到旋翼 T+A )便机爬升轨迹和跳飞性能.一

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