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傾轉(zhuǎn)旋翼eVTOL/飛行汽車測試驗證/傾轉(zhuǎn)旋翼VTOL風洞測試綜述

2024-12-18 08:05:44·  來源：eVTOL博士  
　
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V-22 研制期間，為系統(tǒng)研究 V-22 傾轉(zhuǎn)旋翼 機的氣彈動力學問題，美國又基于 V-22 傾轉(zhuǎn)旋 翼機研制了半展長的 1/5 縮比傾轉(zhuǎn)旋翼/機翼氣 彈試驗臺（Wing and Rotor Aeroelastic Test Sys? tem， WRATS），利 用 該 試 驗 臺 開 展 了 大 量 的 JVX、V-22 動力學試驗以及四傾轉(zhuǎn)旋翼概念機的 動力學特性試驗（圖 8）。

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WRATS 試驗臺采用懸臂式支撐，主要由 V22 傾轉(zhuǎn)旋翼機右側(cè)模型（右側(cè)旋翼系統(tǒng)、短艙、右 側(cè)機翼）、動力系統(tǒng)、測量系統(tǒng)等組成，通過半模 機身及鏡像風擋固定在風洞側(cè)壁上。數(shù)采系統(tǒng) 有 57 個通道，測量模型穩(wěn)定性、載荷、振動和控制姿態(tài)以及安全監(jiān)測。其中，剛性槳葉、槳轂等 由內(nèi)置在機身中的 14 kW 電機驅(qū)動，短艙及旋翼 系統(tǒng)由布置在機翼翼尖處的蝸輪蝸桿機構(gòu)遠程 控制傾轉(zhuǎn)。為準確模擬 V-22 的動力學特性，通 過安裝在機翼翼尖處的、剛度可調(diào)節(jié)的彈性梁元 件 ，來模擬 V-22 傾轉(zhuǎn)旋翼機的不同飛行工況 。此外，機翼及短艙的剛度和質(zhì)量分布，以及試驗 模型的 1 階頻率及模態(tài)等參數(shù)，均根據(jù) V-22 傾轉(zhuǎn) 旋翼機縮比確定。

在空氣介質(zhì)中，試驗?zāi)Ｐ涂蓾M足 Fr、Lo 及 Sr 相似準則，在低壓氟利昂介質(zhì)中，可通過降低聲 傳播速度模擬馬赫數(shù)相似。V-22 研制過程中 ，貝爾公司利用 WRATS 試驗臺開展了多期動力學試驗，為 V-22 的結(jié)構(gòu) 動力學設(shè)計、氣彈穩(wěn)定性分析方法的建立提供了 試 驗 數(shù) 據(jù) 支 撐 。完 成 V-22 研 制 后 ，NASA 對 WRATS 進行了改造，后期主要進行傾轉(zhuǎn)旋翼機 的回轉(zhuǎn)顫振穩(wěn)定性研究、瞬態(tài)傾轉(zhuǎn)過渡動態(tài)試驗 研究以及提高傾轉(zhuǎn)旋翼機動力學穩(wěn)定性的新技 術(shù)驗證等。

進入21世紀，為支撐新一代民用傾轉(zhuǎn)旋翼機的技術(shù)研發(fā)對風洞試驗研究的需求 ，美軍與NASA在2015年啟動了新一代傾轉(zhuǎn)旋翼機氣彈穩(wěn)定性試驗臺（Tiltrotor Aeroelastic Stability  Testbed，TRAST）的研制 ，該試驗臺于2019年進行了地面測試，2022年首次在TDT風洞開展了風洞試驗。

TRAST 試驗臺為半展長懸臂式試驗臺，模 型氣動外形與 XV-15 相似，旋翼/機翼/短艙的結(jié)構(gòu)動力學特性與 XV-15 之間滿足 Fr 相似，重氣 環(huán)境下同時滿足 Ma 相似，試驗臺主要參數(shù)見表 4。作為美國最新一代的傾轉(zhuǎn)旋翼氣彈動力學試 驗臺，TRAST 試驗臺功能全面、技術(shù)先進、測量 參數(shù)眾多，其最突出的特點在于影響傾轉(zhuǎn)旋翼回 轉(zhuǎn)顫振的關(guān)鍵參數(shù)——揮舞變距調(diào)節(jié)角度 δ3 可 調(diào)節(jié)。

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此外，與 TRAST 試驗臺同期研制的傾轉(zhuǎn)旋 翼氣彈動力學試驗臺還有美國馬里蘭大學的傾 轉(zhuǎn)旋翼試驗臺（Maryland Tiltrotor Rig， MTR）， 該試驗臺為立式結(jié)構(gòu)，以風洞底板為鏡像面，槳 轂中心離地高度 0. 93 m。模型主要動力學特性 與 XV-15 之間滿足 Fr 相似。MTR 動力學試驗 臺功能相對單一，動力學相關(guān)參數(shù)無法調(diào)節(jié)，主要用于傾轉(zhuǎn)旋翼/機翼氣彈耦合特性的機理研究 和教學使用。

國內(nèi)在傾轉(zhuǎn)旋翼動力學試驗研究方面開展 的較少，南京航空航天大學的董凌華等利用研 制 的 半 展 長 傾 轉(zhuǎn) 旋 翼/機 翼 耦 合 動 力 學 試 驗 臺 （圖 10），開展了低風速下的傾轉(zhuǎn)旋翼機回轉(zhuǎn)顫振 初步研究，對機翼基階揮舞彎曲／扭轉(zhuǎn)耦合振動 氣彈動力學特性進行了探索。

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