[发明专利]一种能有效控制桨尖涡的组合修形的桨尖结构及设计方法

说明书

本发明公开了一种能有效控制桨尖涡的组合修形的桨尖结构及设计方法，属于流动控制技术领域，其组合修形的桨尖外形设计，涉及“后掠”、“下反”和“尖削”三个基本桨尖的几何特征。首先，采用逐阶分段连续的设计方法，实现桨尖“后掠”、“下反”和“尖削”的逐阶分段外形设计。且设计的修形比可调，以满足不同组合修形的桨尖设计。然后，采用多项式曲线拟合方法，对设计的“后掠”、“下反”和“尖削”桨尖外形进行三维光滑连续过渡，实现桨尖外形的组合修形设计。该组合修形桨尖具有三维变化的下反桨尖，可以有效控制桨尖涡的位置和强度，改善旋翼的气动特性。

技术领域

本发明涉及直升机流动控制技术领域，具体涉及一种能有效控制桨尖涡的组合修形的桨尖结构及设计方法。

背景技术

与固定翼飞机类似，直升机在飞行过程中，桨尖处下表面的高压气流会绕过桨尖流向上表面的低压区，形成强烈集中的桨尖涡。同时，由于桨叶是不断高速旋转的，前一个桨叶产生的桨尖涡还没有散去，后边的桨叶就刚好迎面撞上来，从而在后行桨叶上产生强烈的冲击气动载荷和桨涡干扰噪声。因此，降低桨尖涡强度对提高直升机寿命以及降低噪声水平非常关键。

研究结果表明，桨尖涡的产生与桨尖的外形和附近的流动特性有关。旋翼的桨尖既是桨叶的高速流动区,又是桨尖涡的形成和逸出处，是桨叶的气动敏感控制区。通过对桨尖外形的合理设计，如采用后掠、尖削和下反的桨尖外形，可以有效的控制桨尖涡的位置和减弱桨尖涡的强度，减小桨叶振动和降低桨涡干扰噪声。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种能有效控制桨尖涡的组合修形的桨尖结构及设计方法，采用逐阶连续分段的设计方法，设计具有桨尖“后掠”、“下反”和“尖削”的桨尖外形。然后，采用多项式曲线拟合方法，对设计的桨尖外形进行三维光滑连续过渡，实现桨尖外形的组合修形设计，解决了上述背景技术中提到的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种能有效控制桨尖涡的组合修形的桨尖结构，其特征在于，所述桨尖结构包括基础旋翼和组合修形桨尖，所述的组合修形桨尖设置在基础旋翼的端部，所述组合修形桨尖是采用逐阶连续分段的设计，组合修形桨尖的外形具有“后掠”、“下反”和“尖削”的几何特征，是具有三维变化的下反桨尖，能有效控制桨尖涡的位置和强度，改善旋翼的气动特性，组合修形桨尖沿桨叶展向的修形量较小。

优选的，所述组合修形桨尖沿桨叶展向的修形量小于12％。

另外，为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：一种能有效控制桨尖涡的组合修形的桨尖结构的设计方法，包括如下步骤：

首先，采用逐阶连续分段的设计方法，将基础旋翼的桨尖沿桨叶展向进行逐阶连续划分为几段，通过改变桨尖沿桨叶展向的长度，实现桨尖外形的变长度设计，该逐阶连续分段的修形比可以调节；

其次，逐阶连续分段改变桨尖的后掠角度，实现每段桨尖外形的逐阶连续变后掠角度设计，该逐阶连续变化的后掠角可以调节；

然后，在后掠桨尖的基础上，继续采用逐阶连续分段的设计方法，逐阶连续分段改变桨尖的下反角度，实现桨尖外形的逐阶连续变下反设计，该逐阶连续变化的下反角可以调节；

最后，采用多项式曲线拟合法，对以上设计的桨尖外形进行三维光滑连续过渡，实现桨尖外形的组合修形设计，得到组合修形的桨尖结构。

优选的，所述的逐阶连续分段改变桨尖的后掠角度，实现每段桨尖外形的逐阶连续变后掠角度设计，具体包括：

逐阶连续改变桨尖前缘的后掠角度，实现桨尖前缘的变后掠设计；

逐阶连续改变桨尖后缘的后掠角度，实现桨尖后缘的变后掠设计。

优选的，所述桨尖前缘的后掠角度按照逐阶分段的顺序呈递增趋势改变；所述桨尖后缘的后掠角度按照逐阶分段的顺序呈递减趋势改变。