一种用于共轴刚性旋翼桨毂减阻的射流结构及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种用于共轴刚性旋翼桨毂减阻的射流结构及其使用方法，该射流结构包括上桨毂整流罩、下桨毂整流罩、设于所述上桨毂整流罩和所述下桨毂整流罩之间的中间轴整流罩，所述中间轴整流罩上设有射流孔，所述射流孔从中间轴整流罩内部空腔延伸至中间轴整流罩罩体外。本发明专利技术解决了现有技术存在的难以进一步减小桨毂阻力等问题。一步减小桨毂阻力等问题。一步减小桨毂阻力等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于共轴刚性旋翼桨毂减阻的射流结构及其使用方法


[0001]本专利技术涉及流体流动控制
，具体是一种用于共轴刚性旋翼桨毂减阻的射流结构及其使用方法。

技术介绍

[0002]目前，共轴刚性旋翼高速直升机的桨毂高度更高，外形更为复杂，其受旋翼尾流、旋翼轴后分离流的影响更加严重，阻力通常占全机阻力的50%左右，以美国XH
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59验证机的飞行试验为例，在高速前飞时该型高速直升机要用全机的45%的功率来克服桨毂阻力。所以，大的桨毂阻力是限制共轴刚性旋翼高速直升机最大飞行速度和航程进一步提升的重要因素，为实现高速飞行，必须解决共轴刚性旋翼桨毂阻力巨大这一关键问题。
[0003]根据国内外研究认为：1.已基本掌握共轴刚性旋翼桨毂阻力特性和流动机理，加装中间轴整理罩能有效减小桨毂阻力(《共轴刚性旋翼桨毂阻力特性及流动机理》DOI：10.16356/j.1005
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2615.2019.02.006)；文献《共轴刚性旋翼桨毂阻力特性试验研究》（DOI：10.16356/j.1005
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2615.2019.02.011）对比了不同中间轴整流罩的减阻效果，获得了较优的中间轴整流效果（也就是本专利的中间轴整流罩外形）。但是，通过中间轴整流罩和塔座延伸段的外形优化已经难以进一步减小共轴桨毂的阻力。3. 用中间轴整流罩处加装涡流发生器的方法来减小桨毂阻力的效果有限（《共轴刚性旋翼桨毂中间轴涡流发生器设计与减阻研究》DOI：10.16356/j.1005
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2615.2019.02.017）。
[0004]根据国内外研究认为：1.中间轴整流罩的外形优化已经难以进一步减小共轴桨毂的阻力；2. 用中间轴整流罩处加装涡流发生器的方法来减小桨毂阻力的效果有限。
[0005]被动流动控制方法包括外形优化、格尼襟翼、前缘缝翼、涡流发生器等；主动流动控制主要有吹/吸气、零质量射流、等离子体等方式。对比二者，被动流动控制操纵简单，但是控制效果欠佳；主动流动控制技术暂未在共轴刚性旋翼桨毂上进行应用。为此，本专利技术基于被动流动控制和主动流动控制技术，采用二者结合的方式，进一步减小共轴刚性旋翼桨毂阻力。

技术实现思路

[0006]为克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于共轴刚性旋翼桨毂减阻的射流结构及其使用方法，解决现有技术存在的难以进一步减小桨毂阻力等问题。
[0007]本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：一种用于共轴刚性旋翼桨毂减阻的射流结构，包括上桨毂整流罩、下桨毂整流罩、设于所述上桨毂整流罩和所述下桨毂整流罩之间的中间轴整流罩，所述中间轴整流罩上设有射流孔，所述射流孔从中间轴整流罩内部空腔延伸至中间轴整流罩罩体外。
[0008]由于射流孔的设置，在工作时，从中间轴整流罩内部空腔向中间轴整流罩罩体外吹气，所述射流孔起到了减小桨毂阻力的效果。
[0009]作为一种优选的技术方案，所述射流孔的延伸方向竖直向下或与竖直向下方向的
夹角范围为（0，80
°
]。
[0010]这种射流孔的延伸方向的设置，起到了进一步的减小桨毂阻力的效果。
[0011]作为一种优选的技术方案，所述射流孔设于所述中间轴整流罩后缘。
[0012]气流多在后缘分离，射流孔设置在后缘可将吹气的能量注入即将分离的附面层，减少低能气流堆积并减小逆压梯度，避免气流过早分离。
[0013]作为一种优选的技术方案，所述射流孔的长度与宽度之比为95~100。
[0014]长宽比过大，吹气气流的布置长度较长，需要的气流流量更大，难以实现；如果过小，在相同吹气长度的条件下，吹气注入附面层的能量偏少，不能有效抑制气流分离。均达不到流动控制技术的最优效果，所述射流孔的长度与宽度在合适范围能实现最佳的减阻效果。
[0015]作为一种优选的技术方案，还包括设于所述中间轴整流罩前缘两侧的涡流发生器。
[0016]涡流发生器的设置，使所述射流结构具备了被动流动控制功能，从而具备能通过主被动复合流动控制实现进一步的减阻效果。
[0017]作为一种优选的技术方案，所述涡流发生器为方形涡流发生器。
[0018]相关测量结果表明，相比较于圆形和长方形的涡流发生器，方形涡流发生器对抑制桨毂后方气流分离更具有积极意义。
[0019]作为一种优选的技术方案，所述涡流发生器沿桨毂中间轴整流罩表面凸出高度为0.5mm~5mm。
[0020]随着涡流发生器高度的变化，涡流发生器产生的涡流强度不同。当涡流发生器沿桨毂中间轴整流罩表面凸出高度为0.5mm~5mm时，中间轴整流罩后缘的低能区较少，此时整流效果较其余工况好。原因在于空气均匀流经桨毂发生绕流；当涡流发生器高度过小时，产生的涡流强度较小，注入即将分离的附面层的能量就偏少，不能有效减少低能气流堆积，即不能有效抑制气流分离，流动控制效果不显著；当涡流发生器高度过大，产生的涡流强度较大，虽然减小了桨毂表面的低能流体区域，缓解了气流分离，但由于涡流发生器自身型阻过大，致使桨毂整体阻力不减反增。当涡流发生器沿桨毂中间轴整流罩表面凸出高度为0.5mm~5mm时，涡流发生器流动控制效果最佳。
[0021]所述的一种用于共轴刚性旋翼桨毂减阻的射流结构的使用方法，包括以下步骤：S1，从中间轴整流罩内部空腔向中间轴整流罩罩体外吹气或吸气；S2，比较不同射流孔的延伸方向的所述射流结构的减阻效果。
[0022]作为一种优选的技术方案，还包括以下步骤：S3，设置不同吹气速度，比较不同吹气速度的所述射流结构的减阻效果。
[0023]作为一种优选的技术方案，还包括以下步骤：S4，采用还包括设于所述中间轴整流罩前缘两侧的涡流发生器的所述射流结构，比较同时具有射流孔及涡流发生器的所述射流结构在不同射流孔的延伸方向以及不同吹气速度工况下的减阻效果。
[0024]本专利技术相比于现有技术，具有以下有益效果：（1）本专利技术由于射流孔的设置，在工作时，从中间轴整流罩内部空腔向中间轴整流罩罩体外吹气，所述射流孔起到了减小桨毂阻力的效果；
（2）本专利技术射流孔的延伸方向的设置，起到了进一步的减小桨毂阻力的效果；（3）本专利技术气流多在后缘分离，射流孔设置在后缘可将吹气的能量注入即将分离的附面层，减少低能气流堆积并减小逆压梯度，避免气流过早分离；（4）本专利技术所述射流孔的长度与宽度在合适范围能实现最佳的减阻效果；（5）本专利技术涡流发生器的设置，使所述射流结构具备了被动流动控制功能，从而具备能通过主被动复合流动控制实现进一步的减阻效果；（6）本专利技术方形涡流发生器对抑制桨毂后方气流分离更具有积极意义；（7）本专利技术当涡流发生器沿桨毂中间轴整流罩表面凸出高度为0.5mm~5mm时，涡流发生器流动控制效果最佳。
附图说明
[0025]图1为本专利技术所述的射流结构的结构示意图之一；图2为本专利技术所述的射流结构的结构示意图之二；图3为本专利技术所述的射流结构的结构示意图之三；图4为本专利技术所述射流孔延伸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于共轴刚性旋翼桨毂减阻的射流结构，其特征在于，包括上桨毂整流罩（1）、下桨毂整流罩（3）、设于所述上桨毂整流罩（1）和所述下桨毂整流罩（3）之间的中间轴整流罩（2），所述中间轴整流罩（2）上设有射流孔（5），所述射流孔（5）从中间轴整流罩（2）内部空腔延伸至中间轴整流罩（2）罩体外。2.根据权利要求1所述的一种用于共轴刚性旋翼桨毂减阻的射流结构，其特征在于，所述射流孔（5）的延伸方向竖直向下或与竖直向下方向的夹角范围为（0，80
°
]。3.根据权利要求2所述的一种用于共轴刚性旋翼桨毂减阻的射流结构，其特征在于，所述射流孔（5）设于所述中间轴整流罩（2）后缘。4.根据权利要求3所述的一种用于共轴刚性旋翼桨毂减阻的射流结构，其特征在于，所述射流孔（5）的长度与宽度之比为95~100。5.根据权利要求4所述的一种用于共轴刚性旋翼桨毂减阻的射流结构，其特征在于，还包括设于所述中间轴整流罩前缘两侧的涡流发生器（6）。6.根据权利要求5所述的一种用于共轴刚性旋翼桨毂减阻的射流结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何龙，李东，徐栋霞，唐敏，王亮权，靳秋硕，杨仕鹏，李丹，白云卯，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：