旋翼翼型高速风洞动态试验装置研制

doi:10.3785/j.issn.1006-754X.2022.00.056

工程设计学报

2022, Vol. 29

Issue (4): 500-509 DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2022.00.056

整机和系统设计

旋翼翼型高速风洞动态试验装置研制

张卫国¹(

),李国强²(

),宋奎辉³,阎旭⁴,赵亮亮³

^1.西北工业大学航空学院，陕西西安 710072
^2.国防科技大学空天科学学院，湖南长沙 410073
^3.中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，四川绵阳 621000
^4.四川同人精工科技有限公司，四川绵阳 621000

Development of dynamic test equipment for rotor airfoil in high speed wind tunnel

Wei-guo ZHANG¹(

),Guo-qiang LI²(

),Kui-hui SONG³,Xu YAN⁴,Liang-liang ZHAO³

^1.School of Aeronautics, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China
^2.College of Aerospace Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
^3.Low Speed Aerodynamics Institute, China Aerodynamics Research and Development Center, Mianyang 621000, China
^4.Sichuan Tongren Precision Technology Co. , Ltd. , Mianyang 621000, China

全文: PDF(5819 KB) HTML

摘要：

为弥补国内在旋翼翼型高速风洞动态试验模拟能力和测试精度方面的不足，基于FL-20连续式跨音速风洞，提出采用双端同步驱动旋翼翼型试验模型的方式，设计了一套高速风洞动态试验装置。该装置依托双天平动态载荷测量结合表面动态压力测量的方式，可提高旋翼翼型动态气动载荷的测量精度。风洞试验结果显示：当旋翼翼型试验模型的俯仰振荡幅值为10°时，其振荡频率可达17 Hz，且试验马赫数为0.6，雷诺数达到5×10⁶，处于国际领先水平。所研制的动态试验装置及其相关测试技术具有较高的可靠性，且试验数据可靠、规律合理，具备了开展高速风洞动态试验的能力，可为旋翼翼型动态失速问题的研究以及真实直升机试验参数的模拟提供重要的技术支撑。

关键词： 旋翼; 翼型; 高速风洞; 动态失速; 试验装置

Abstract:

In order to make up for the deficiency of simulation ability and test accuracy of rotor airfoil dynamic test in high speed wind tunnel at domestic, based on the FL-20 continuous transonic wind tunnel, a method of dual-end synchronous driving rotor airfoil test model was proposed, and a dynamic test equipment for the high speed wind tunnel was designed. The equipment relied on the way of dual-balance dynamic load measurement combined with surface dynamic pressure measurement, which could improve the dynamic aerodynamic load measurement accuracy of rotor airfoil. The wind tunnel test results showed that: when the pitch oscillation amplitude of rotor airfoil test model was 10°, its oscillation frequency could reach 17 Hz, the test Mach number was 0.6, and the Reynolds number was 5×10⁶, which was at the international leading level. The developed dynamic test equipment and its related test technology have high reliability, and the test data is reliable and its law is reasonable, which has the ability to carry out high speed wind tunnel dynamic test. It can provide important technical support for the research of rotor airfoil dynamic stall and the simulation of real helicopter test parameters.

Key words: rotor airfoil high speed wind tunnel dynamic stall test equipment

收稿日期: 2021-10-27 出版日期: 2022-09-05

CLC:

V 216.8

基金资助: 装备预先研究项目(30103010304);基础和前沿技术研究基金资助项目(PJD20190002);风雷青年创新基金资助项目(PJD20190003)

通讯作者: 李国强 E-mail: zwglxy@163.com;CARDCL@126.com

作者简介: 张卫国（1975—），男，山东兖州人，研究员，博士，从事直升机空气动力学研究，E-mail：zwglxy@163.com，https：//orcid.org/0000-0002-4355-0833

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张卫国,李国强,宋奎辉,阎旭,赵亮亮. 旋翼翼型高速风洞动态试验装置研制[J]. 工程设计学报, 2022, 29(4): 500-509.

Wei-guo ZHANG,Guo-qiang LI,Kui-hui SONG,Xu YAN,Liang-liang ZHAO. Development of dynamic test equipment for rotor airfoil in high speed wind tunnel[J]. Chinese Journal of Engineering Design, 2022, 29(4): 500-509.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/10.3785/j.issn.1006-754X.2022.00.056 或 https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/Y2022/V29/I4/500

表1 旋翼翼型高速风洞动态试验装置技术指标要求

图1 旋翼翼型高速风洞动态试验装置安装结构

图2 双端同步运动控制机构结构示意

图3 无急回曲柄连杆机构结构简图

图4 平衡迎角调节机构示意

图5 振荡幅值调节机构示意

表2 动态压力传感器参数

图6 双天平动态载荷测量机构示意

表3 天平的主要参数

图7 OA309旋翼翼型试验模型结构示意

图8 旋翼翼型试验模型一阶模态仿真结果

图9 旋翼翼型高速风洞动态试验装置一阶、二阶模态仿真结果

图10 旋翼翼型高速风洞动态试验装置控制系统框架

图11 旋翼翼型高速风洞动态试验装置控制系统上位机软件结构

图12 旋翼翼型高速风洞动态试验装置控制系统人机交互界面

表4 Novotechnik角位移传感器的主要参数

图13 电位计反馈电压随时间的变化曲线

图14 旋翼翼型高速风洞动态试验装置运动性能考核结果（振荡频率为17 Hz）

图15 旋翼翼型高速风洞动态试验装置增压性能考核结果

图16 旋翼翼型试验模型同步测力测压结果对比

表5 旋翼翼型高速风洞动态试验装置的实际技术指标

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