直升機領域新突破!我國完成第一次涵道尾槳氣動噪聲風洞試驗

近日,航空工業官方媒體報道了氣動院成功完成了直升機涵道尾槳氣動噪聲風洞試驗。這是我國首次進行此類試驗,填補了直升機領域上的空白。眾所周知,直升機為了抵消旋翼旋轉帶來的陀螺力矩,通常採用尾槳進行力矩平衡(使用共軸反轉柔性旋翼佈局的卡莫夫系列直升機除外)。而尾槳又分為直接式尾槳與涵道尾槳。那麼中國為什麼要對涵道尾槳進行這種實驗呢?

直升機領域新突破!我國完成第一次涵道尾槳氣動噪聲風洞試驗

直接式尾槳分為好多類,但共同點便是尾槳直接暴露在空氣中,周圍沒有部件遮擋。直接式尾槳的優點便是構造簡單、重量輕,目前大多數直升機都採用直接式尾槳。與之相比,涵道尾槳由涵道和風扇兩大部分組成,其中涵道壁在高速氣流作用下產生吸力,進而轉化成推力;而風扇負責產生拉力,以抵消主旋翼的陀螺力矩。涵道尾槳最大的特點就是風扇並無水平鉸鏈以及垂直鉸鏈,只能進行總距操縱,因此涵道尾槳的效率通常不如直接式尾槳。目前,應用了涵道尾槳佈局的直升機有直9、直19,法國的“海豚”等。

直升機領域新突破!我國完成第一次涵道尾槳氣動噪聲風洞試驗

目前世界各國服役的主力武裝直升機以第三代為主,其最大特點便是具備強大的武器掛載能力、優秀的主被動防護能力、強大的觀瞄偵測手段以及信息化作戰能力。不過第三代武裝直升機的最大飛行速度不高於350千米/時,面對越來越複雜的防空火力攔截顯得力不從心。況且,現役的武裝直升機只具備一定的紅外隱身能力,而武直的交戰距離通常在目視範圍內,如何更好地不被敵人的感官感覺到也是下一代武直的設計重點。因此,第四代武裝直升機必須具備兩大特點:高速性與聲學隱身功能。

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隨著高速直升機的不斷髮展,傳統直升機佈局在氣動方面的限制越來越大,一般很難將速度突破350千米/時。其中,尾槳造成了直升機高速飛行下約30%的阻力,其作用不可忽視。而涵道尾槳相比於直接式尾槳阻力小、迎風面積小的優點便體現了出來,成為傳統構型直升機提升飛行速度最具性價比的選擇。武裝直升機由於對操縱性、敏捷性、氣動冗餘度等的要求較高,主要採用直接式尾槳,例如“阿帕奇”、直10、米-28等。然而早在上世紀80年代預研中的美國“科曼奇”,就設計了涵道尾槳,其原型機也應用了涵道尾槳,使得“科曼奇”的最大飛行速度超過400千米/時。隨著美國國防政策的調整,雖然“科曼奇”最終不幸下馬,但它獨特的構型設計依然對第四代武裝直升機有巨大的參考價值。

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如何實現聲學隱身,通常有兩種辦法:一種是將自己偽裝成背景噪音,不過這種方法一般用於潛艇以躲避聲吶的探測;另一種就是降噪減振了。顯然,直升機的聲學隱身只能採用後者。由於直接式尾槳的槳葉直接暴露於空氣中,旋轉時產生的振動與噪音要高於涵道尾槳。這也是涵道尾槳佈局能應用於第四代武直的另一原因。具備優異聲學隱身功能的新型武裝直升機將會靜謐地潛伏於戰場上空或接近敵人,對毫無防備的敵軍以致命打擊。中國首次進行直升機涵道尾槳氣動噪聲風洞試驗,可對涵道尾槳表面的氣流流向、壓力分佈、振動特性以及聲場頻譜性質有更加深入的瞭解,並積累相關實驗數據,為後續試驗做準備。

直升機領域新突破!我國完成第一次涵道尾槳氣動噪聲風洞試驗

當然,以上信息並不能推斷出中國的第四代武直就一定採用涵道尾槳佈局,不過該試驗的背後更值得我們去關注。此試驗將涵道尾槳放置於FL-52型低速風洞中進行相應的吹風。FL-52型風洞是氣動院最新設計的小型風洞,全長僅為2米,主要用於低速試驗。實際上,直升機的涵道尾槳從外觀上看與渦扇發動機的涵道風扇類似,二者的工作原理相近。同理,飛機渦扇發動機的低級風扇與壓氣機葉片也可以在該型風洞內進行相應的測試,從而拓展了風洞的應用領域。

直升機領域新突破!我國完成第一次涵道尾槳氣動噪聲風洞試驗

因此,中國首次進行直升機涵道尾槳試驗成功,不僅標誌著直升機領域取得的突破,還意味著相應的試驗設備的通用化程度加深,從而減小了測試費用,加快了試驗效率,使得中國新型高速直升機出現的時間將會越來越近。


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