旋翼反扭矩系统结构参数对其气动特性的影响分析

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1、总第175期2013年第2期直升机技术HEUCOP7rERTECHNIQUE1．o“dNo．175No．22013文章编号：1673-1220(2013)02旬15彤旋翼反扭矩系统结构参数对其气动特性的影响分析唐敏，唐正飞，吴浩东(南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室，江苏南京2lool6)摘要针对一种新型的横流风扇式旋翼反扭矩系统，对该系统的流场进行了数值模拟。通过CFD计算，分析了这种新型反扭矩系统的结构参数对其流场的影响，找出该反扭矩系统的最优几何参数，使得这种新型反扭矩系统能够获得更好的性能。关键词无尾桨直升机；旋翼反扭矩系统；计算流体力学(CFD)中圈分类号：v21

2、1．52文献标识码：ATheRotorAnti·Torq佻System’sStI．IlctIlreParameters0nitsAerodyna向chInuenceTANGMin，TANGZhen咖i，ⅥⅢH∞dong(Science锄dTechnology伽Rmom袖Aemmec妇c8b重bomtory，Nanji唱UrIi"玛时0fAemmuticsalldAst咖蛐ti∞，NanjiIlg210016。ClIi眦)Abs咖ct．I．1lisp印ergaVe匏mdyn鲫icnumerical8imulation8foratailboom0fakind0fnewc蚰-ceptn，

3、tofanti—torqueofN07I'ARhelicopterBtIlatb鼬edonembeddingacIDss—nowfimintotailb∞m．simulatingu∞tIIecommercialCFD80fha陀F1uent，tlIi8articleanalyzed舱mdynamicinflu-enceofcm鹪一nowfan§s咖cturalp棚曲ete聆鲫tailb∞mofNOTARhelic叩te玛．FhmtlIe舱蛐ltsoft-IeCFDwod【，wew锄ttofindouttlleperf毛ctstnlcturalp舢ete瑙of∞tor肌ti—t0“I

4、ue8ygtemtlIatc肌guideustodesi印abettermwc∞ceptmtor如ti—to哪lesy8temth肌befom．Key肿r凼NOTARHelicopter；mtor锄ti-t0叩esy8tem；啪鸥-now细；computationalnuiddy-n啪icsO引言旋翼反扭矩系统是直升机中最重要的系统之一，用于平衡直升机旋翼反作用力矩、保证直升机方向操纵性和稳定性。在无尾桨系统中，美国麦道公司开发的NORlrAR系统具有噪音低、振动小以及安全性、可靠性高等特点，而该系统的不足在于使用效率不高，需要占用发动机较多的功率等。从已有的型号来看，主要应用在轻

5、小型直升机中。针对这种系统的不足，南京航空航天大学的学者提出了一套全新的基于横流风扇流动控制的旋翼反扭矩系统。这种新型的旋翼反扭矩系统的原理如图l所收疆日期：2012一∞一船作者简介：唐敏(1986-)．男．江苏淮安人．硕士研究生．主要研究方向：直升机空气动力学。·16·直升机技术总第175期示，在尾梁内部安装横流风扇，尾梁的上部开有进气口，在其侧面开有排气口。当横流风扇工作时，从上端吸入气流，包括旋翼下洗流，经过横流风扇的加速，从侧面的排气口喷出，使尾梁获得足够的侧向力，从而达到平衡旋翼反扭矩的目的。垂尾-平尾叫基翻l-．．钾图l基于横流风扇流动技术的旋翼反扭矩原理横流风扇(cm

6、ss．now‰，CFF)是该系统的核心部件，它是PaulMonier于1892年发明的，由于结构简单、体积小，产生的气流平稳、动压系数较高以及噪音低等特点而被广泛应用。然而，该风扇的特殊结构，加上其气流运动的非对称性与复杂性，使得对其性能影响的各因素还不明了，至今没有普遍公认的设计理论。目前对于横流风扇的研究主要通过数值模拟和试验研究进行。本文采用计算流体力学(cFD)的方法，借助CFD软件(兀uentl2．0)，对这种新型旋翼反扭矩系统的内部流场进行了二维数值模拟，分析了该旋翼反扭矩系统的主要结构参数对其气动特性的影响，以期找到最优的参数组合，为进一步的试验研究提供理论依据。1数

7、值计算本文采用有限体积法离散控制方程，对系统的定常流动进行数值模拟，采用标准K一8模型模拟湍流，及标准壁面函数来处理近壁区变量特性。压力一速度耦合采用SIMPuC算法，压力、动量、湍动能、湍动能耗散率均采用二阶迎风离散格式。根据旋翼反扭矩系统的结构及流动特点，将整个计算区域分为叶轮区域和蜗壳区域(见图4所示)，选择多重参考系模型(MRF：MultipleR硪凇nceFr锄eM0del)对反扭矩系统的内部流动做二维定常近似模拟，同时求解动区和静区流场，两个子区的流场信息