一种全动平尾直升机机身纵向气动特性试验及分析方法与流程

技术特征：
1.一种全动平尾直升机机身纵向气动特性试验及分析方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：将旋翼系统（5）和机身模型安装于旋翼机身组合模型试验台；s2：对于无平尾构型的机身布局，直接执行步骤s3；对于有平尾构型的机身布局，将全动平尾部件安装于机身尾梁处的试验区域，设定平尾初始安装角为0
°
；s3：在旋翼轴倾角为零的状态下，采集零读数，并储存；s4：试验台（4）启动，将旋翼系统（5）转速升到工作转速，然后开启风洞并将风速调节到给定试验值，同时操纵旋翼系统（5）的总距、横向周期变距和纵向周期变距，使旋翼系统（5）的俯仰力矩和滚转力矩均控制在安全阈值内；s5：操纵主轴倾角到试验值，待该试验状态稳定后，通过机身天平（2）采集机身模型（1）的试验数据：机身升力系数c
fyf
、机身俯仰力矩系数c
mzf
；通过平尾天平（3）采集平尾模型（6）的试验数据：平尾升力系数c
fyh
和平尾俯仰力矩系数c
mzh
；处理并输出结果；s6：改变风速和旋翼轴倾角到下一个试验状态，重复步骤s5，完成当前平尾安装角下的所有试验点的试验；s7：对于无平尾构型的机身布局，直接执行步骤s8；对于有平尾构型的机身布局，改变平尾安装角，重复步骤s6，直到完成所有预定平尾安装角状态下的试验；s8：风洞停车，同时操纵旋翼系统（5）的总距、横向周期变距和纵向周期变距，使旋翼系统（5）的俯仰力矩和滚转力矩均控制在安全阈值内；s9：待风速降到安全阈值以下，旋翼系统（5）的转速逐渐回零，旋翼试验台停车，待风速和旋翼转速完全归零后，完成试验并开展数据分析。2.根据权利要求1所述的一种全动平尾直升机机身纵向气动特性试验及分析方法，其特征在于，在步骤s1后，设置机身侧滑角为0
°
，试验过程中，旋翼拉力系数及状态保持一致。3.根据权利要求1所述的一种全动平尾直升机机身纵向气动特性试验及分析方法，其特征在于，在步骤s5中，采集试验数据后对试验数据进行无量纲化处理：机身升力系数：c
fyf
=f
yf
/f0；机身俯仰力矩系数：c
mzf
=m
zf
/m0；平尾升力系数：c
fyh
=f
yh
/f0；平尾俯仰力矩系数：c
mzh
=m
zh
/m0；其中，f0=0.5ρv2s
f
；m0=f0l
f
；式中，ρ为大气密度，v为来流风速，s
f
为机身阻力面积，l
f
为机身模型（1）长度， f
yf
为机身升力、m
zf
为机身俯仰力矩、f
yh
为平尾升力、m
zh
为平尾俯仰力矩，f0机身模型参考力，m0为机身模型参考力矩。4.根据权利要求1所述的一种全动平尾直升机机身纵向气动特性试验及分析方法，其特征在于，在步骤s7中，平尾安装角的试验值的变化范围为
‑9°
～40
°
，平尾安装角的角度变化量不少于6组。5.根据权利要求1所述的一种全动平尾直升机机身纵向气动特性试验及分析方法，其特征在于，所述机身天平（2）为六分量盒式天平，所述平尾天平（3）为内嵌式片式天平。6.根据权利要求1所述的一种全动平尾直升机机身纵向气动特性试验及分析方法，其特征在于，在步骤s7中，所述全动平尾安装角变换通过预定程序进行控制，试验过程中风洞
设备和旋翼试验台无需停车。7.根据权利要求1所述的一种全动平尾直升机机身纵向气动特性试验及分析方法，其特征在于，步骤s9具体包括以下步骤：s91：分析全动平尾对机身纵向气动特性的影响程度：s92：分析全动平尾对机身纵向气动特性的影响规律；s93：获得全动平尾操纵律。8.根据权利要求7所述的一种全动平尾直升机机身纵向气动特性试验及分析方法，其特征在于，步骤s91具体为：在不同风速v、不同机身迎角α状态下，对无平尾构型的机身布局和有平尾构型的机身布局的试验数据进行对比，所需的试验数据包括机身升力系数c
fyf
、机身俯仰力矩系数c
mzf
；分别以风速v、机身迎角α为横坐标轴，以测得的机身气动力系数c
fyf
或c
mzf
为纵坐标轴，建立三维笛卡尔坐标系，将不同试验状态下相应的试验数据导入坐标系中，得到两种机身布局下机身气动力系数随风速及机身迎角变化的曲线图，通过对比分析出全动平尾对机身纵向气动特性的影响程度。9.根据权利要求7所述的一种全动平尾直升机机身纵向气动特性试验及分析方法，其特征在于，步骤s92具体为：在不同风速v、不同机身迎角α状态下，对不同平尾安装角φ时获得的机身气动力系数与全动平尾气动力系数试验值相减后，再减去无平尾机身布局风洞试验所获得的机身气动力系数，得到不同安装角时全动平尾在预定飞行状态下对机身纵向气动特性的干扰量δ=c
f
‑
c
h
‑
c
f0
；分别以风速v、机身迎角α、为横坐标轴，以获得的干扰量δ为纵坐标轴，建立三维笛卡尔坐标系，从而获得不同安装角时全动平尾在预定飞行状态下对机身纵向特性的干扰曲线，进而得出全动平尾对机身纵向气动特性的影响规律；其中，c
f
代表有平尾构型机身气动力系数，有平尾构型机身气动力系数包括机身升力系数c
fyf
、机身俯仰力矩系数c
mzf
；c
h
代表全动平尾气动力系数，全动平尾气动力系数包括平尾升力系数c
fyh
、平尾俯仰力矩系数c
mzh
；c
f0
代表无平尾构型机身气动力系数，无平尾构型机身气动力系数包括无平尾构型机身升力系数c
fyf0
、无平尾构型机身俯仰力矩系数c
mzf0
。10.根据权利要求7所述的一种全动平尾直升机机身纵向气动特性试验及分析方法，其特征在于，步骤s93具体为：在不同机身迎角α、不同平尾安装角φ状态下，对不同风速下所测得的机身气动力系数进行对比；分别以机身迎角α、平尾安装角φ为横坐标轴，以测得的机身气动力系数c
fyf
或c
mzf
为纵坐标轴，建立三维笛卡尔坐标系，将不同试验状态下相应的试验数据导入坐标系中，从而得到不同风速下机身气动力系数随机身迎角及平尾安装角变化的曲线图，可结合全机飞行力学分析，进一步得出不同前飞速度下机身在不同迎角状态下全动平尾的操纵律；其中，有平尾构型机身气动力系数包括机身升力系数c
fyf
、机身俯仰力矩系数c
mzf
。

技术总结
本发明属于风洞试验技术领域，具体涉及一种全动平尾直升机机身纵向气动特性试验及分析方法。本发明包括如下步骤：在旋翼轴倾角为零的状态下，采集零读数，并储存；试验台启动，将旋翼模型转速升到工作转速，然后开启风洞并将风速调节到给定试验值；操纵主轴倾角到试验值，待该试验状态稳定后，通过机身天平采集机身模型的试验数据；改变风速和旋翼轴倾角到下一个试验状态；待风速和旋翼转速完全归零后，完成试验，随后分析了全动平尾对机身纵向气动特性的影响程度、全动平尾对机身纵向气动特性的影响规律及全动平尾操纵规律。本发明提供了一种全动平尾直升机机身纵向气动特性试验及分析方法。分析方法。分析方法。


技术研发人员：黄明其 徐栋霞 王畅 彭先敏 何龙 杨仕鹏
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所
技术研发日：2021.12.08
技术公布日：2022/1/4