2.4、全尺寸原理樣機(jī)綜合特性研究

以全尺寸傾轉(zhuǎn)旋翼原理樣機(jī)作為研究對(duì)象 開展風(fēng)洞試驗(yàn)，主要在傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)研制的早期開 展。在 XV-3 和 XV-15 傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)研制期間，為 縮短研制周期，采用研制—試驗(yàn)—改進(jìn)的快速迭代方式，達(dá)到縮短研制周期，快速實(shí)現(xiàn)原理驗(yàn)證 的目的，表 5 為美國全尺寸傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)風(fēng)洞 試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)。

全尺寸原理樣機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)設(shè)施主要包括全尺 寸風(fēng)洞、原理樣機(jī)、支撐裝置、遠(yuǎn)程控制以及測(cè)試 設(shè)備等。全尺寸風(fēng)洞目前僅有美國 NASA 的國家 全 尺 寸 氣 動(dòng) 綜 合 試 驗(yàn) 設(shè) 施（National Full-Scale  Aerodynamics Complex，NFAC），該 風(fēng) 洞 有 12 m×24 m、24 m×36 m 這 2 個(gè)試驗(yàn)段，具備開 展全尺寸傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)的條件。此外，試 驗(yàn)所用的原理樣機(jī)并不是簡單的將真機(jī)固連在風(fēng) 洞中，而要對(duì)原理樣機(jī)進(jìn)行無人化、遠(yuǎn)程化以及安 全性等方面的改造，以適應(yīng)風(fēng)洞環(huán)境和試驗(yàn)要求。以 XV-15整機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)為例，研究人員對(duì)該原理 樣機(jī)進(jìn)行了系統(tǒng)改造，主要包括提供遠(yuǎn)程燃油系 統(tǒng)為發(fā)動(dòng)機(jī)供油、機(jī)上飛控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程化控制以 及各類傳感器的布置、安裝和監(jiān)測(cè)等。

由于目前國內(nèi)尚無全尺寸風(fēng)洞，也未研制傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)，因此在原理樣機(jī)/整機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)方面還 未開展過相關(guān)工作。從傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的發(fā)展歷程來 看，對(duì)于一款全新構(gòu)型的飛行器研制，直接采用全 尺寸原理樣機(jī)進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，具有較大的優(yōu)勢(shì)。新 構(gòu)型飛行器的面世往往面臨著現(xiàn)有理論分析方法欠缺、關(guān)鍵機(jī)理和現(xiàn)象認(rèn)識(shí)不足，需要通過地面試 驗(yàn)或風(fēng)洞試驗(yàn)揭示未知的空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力 學(xué)、飛行控制等方面的問題，并且在試飛前通過風(fēng) 洞試驗(yàn)可以對(duì)整機(jī)進(jìn)行綜合性考核，具有規(guī)避或降 低試飛風(fēng)險(xiǎn)、縮短研制周期、節(jié)約成本等優(yōu)勢(shì)。

3、傾轉(zhuǎn)旋翼風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)

3. 1、氣動(dòng)力測(cè)量技術(shù)

在傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的風(fēng)洞試驗(yàn)中，需要測(cè)量的氣動(dòng)參數(shù)眾多，主要有旋翼氣動(dòng)載荷、機(jī)翼氣動(dòng)載荷、 機(jī)翼表面壓力、襟副翼氣動(dòng)力（舵效）、整機(jī)氣動(dòng)力、 平垂尾（或 V 尾）氣動(dòng)力等在滿足幾何相似的條件 下，如何將氣動(dòng)載荷測(cè)量元件（天平/傳感器等）集 成到試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，而不改變旋?機(jī)翼/短艙的幾何 相似關(guān)系是傾轉(zhuǎn)旋翼試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。

本文以 TRAM 試驗(yàn)臺(tái)和 ERICA 試驗(yàn)臺(tái)的傾 轉(zhuǎn)旋翼氣動(dòng)載荷測(cè)量系統(tǒng)為例介紹傾轉(zhuǎn)旋翼試驗(yàn) 臺(tái)中旋翼天平及扭矩天平的設(shè)計(jì)方案。圖 11所示為 TRAM 試 驗(yàn) 臺(tái) 和 ERICA 試 驗(yàn) 臺(tái) 的 旋 翼 、傳 動(dòng)、測(cè)量及操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖和實(shí)物，與常規(guī)旋翼 試驗(yàn)臺(tái)相比，兩類試驗(yàn)臺(tái)的旋翼氣動(dòng)力測(cè)量系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊、集成度高，此外為滿足幾何相似 條件，發(fā)動(dòng)機(jī)短艙傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)并未集成到試驗(yàn)臺(tái)， 使用手動(dòng)方式調(diào)節(jié)短艙傾轉(zhuǎn)。

圖 12 所示為 ERICA 試驗(yàn)臺(tái)使用的圓筒式旋 翼天平和二分量扭矩天平，二者均為應(yīng)變式天平。其中，扭矩天平的應(yīng)變梁為中間段，兩端為一體化 設(shè)計(jì)的膜片聯(lián)軸器。由于旋翼軸向和徑向殘余拉 力的存在，旋翼天平和扭矩天平需要組合標(biāo)定，通 常軸向殘余拉力約占旋翼總拉力的 10%。

圖13 所示為美國新一代大尺度單獨(dú)傾轉(zhuǎn)旋 翼模型試驗(yàn)臺(tái)（Tiltrotor Test Rig， TTR）的旋翼 天平、單分量扭矩天平與旋翼傳動(dòng)及操縱系統(tǒng)集 成示意圖。與小尺寸縮比傾轉(zhuǎn)旋翼試驗(yàn)臺(tái)不同， 大尺寸試驗(yàn)臺(tái)的扭矩測(cè)量天平集成在傳動(dòng)軸中， 其在傳動(dòng)軸中間部位進(jìn)行了階梯軸式優(yōu)化，其既 是減速器輸出軸，也是扭矩測(cè)量元件。

在 TTR 試驗(yàn)臺(tái)的旋翼和扭矩天平組合標(biāo)定中