一种直升机平尾区域流场速度的测量装置及方法
阅读说明：本技术 一种直升机平尾区域流场速度的测量装置及方法 (Device and method for measuring flow field speed of horizontal tail area of helicopter ) 是由 黄明其 徐栋霞 何龙 武杰 王畅 彭先敏 于 2021-11-09 设计创作，主要内容包括：本发明属于流场测量技术领域,具体涉及一种直升机平尾区域流场速度的测量装置及方法。本发明的测量装置包括连接于旋翼模型试验台的直线模组,直线模组的输出端上连接有尾支杆,尾支杆的另一端连接有倾角机构,倾角机构上连接有测量耙安装架,测量耙安装架上安装有尾流测量耙。本发明的测量方法包括如下步骤：根据具体试验要求确定尾流测量耙安装角度及安装位置；根据试验任务要求改变风洞来流速度、旋翼转速、旋翼轴倾角、机身迎角、机身侧滑角等试验变量,获得不同试验状态下该平尾区域的流场速度；分析平尾区域流场速度受旋翼尾流的影响规律。本发明提供了一种直升机平尾区域流场速度的测量装置及方法。(The invention belongs to the technical field of flow field measurement, and particularly relates to a device and a method for measuring flow field speed in a horizontal tail area of a helicopter. The measuring device comprises a linear module connected to a rotor model test bed, wherein the output end of the linear module is connected with a tail support rod, the other end of the tail support rod is connected with an inclination mechanism, the inclination mechanism is connected with a measuring rake mounting frame, and a wake flow measuring rake is mounted on the measuring rake mounting frame. The measuring method of the invention comprises the following steps: determining the installation angle and the installation position of the wake flow measurement rake according to specific test requirements; changing test variables such as wind tunnel incoming flow speed, rotor wing rotating speed, rotor wing shaft inclination angle, fuselage attack angle, fuselage sideslip angle and the like according to test task requirements to obtain flow field speeds of the horizontal tail area in different test states; and analyzing the rule that the flow field speed in the horizontal tail area is influenced by the rotor wing wake flow. The invention provides a device and a method for measuring flow field speed of a horizontal tail area of a helicopter.)
技术领域
本发明属于流场测量技术领域，具体涉及一种直升机平尾区域流场速度的测量装置及方法。
背景技术
与固定翼飞行器相比，直升机旋翼的尾流场更加复杂，由于旋翼在旋转过程中产生强烈的桨尖涡和尾迹流动，这些尾涡旋绕在旋翼附近，与机身、垂平尾及尾桨之间会产生很大干扰，对飞行器的气动性能产生不利影响。因此，旋翼流场测量技术难度较普通飞行器而言更高。目前，研究人员主要采取探针测量法、热线风速仪测量法、激光多普勒测速法（LDV）及粒子图像测速法（PIV）等方法进行流场的速度测量。其中，LDV和PIV测量方法虽然精度很高，但测量系统复杂、设备昂贵，且需要通过释放粒子来获取流场特性，对粒子投放质量要求很高，在流场复杂的旋翼尾流区无法确保粒子的浓度及均匀性，对于粒子不能到达的区域无法测得流场速度；热线风速仪测量方法相对简单，但其所用探头脆弱易氧化，对环境洁净度要求很高，测量精度较低；探针测量法结构简单稳定可靠，测量精度与PIV测量方法基本相当，且其对测量区域没有严格限制，测量设备根据测量要求可以随模型一同变换状态，可满足不同飞行状态下旋翼尾流测量。
作为调整直升机飞行姿态的重要部件，平尾安装位置及安装角等布局参数对直升机的气动特性、操纵性及稳定性均会产生重要影响，尤其是在某些特定的飞行状态下，平尾受旋翼尾流影响较大，进而影响机身纵向稳定性。因此，在进行机身布局优化时需对平尾安装位置及安装角度等布局参数的确定开展试验研究，以适应直升机在不同飞行状态时的纵向静稳定性要求。在开展平尾布局参数优化试验时，需对平尾安装区域的流场进行试验研究，以获取该区域受不同飞行状态下旋翼尾流的影响规律，从而对平尾布局（安装位置及安装角）进行优化确认。国内旋翼尾流测量试验所采取的探针测量法主要为静态测量，测量装置与模型的位置相对固定，且探针的有效测量角度受最大气流偏角的限制，测量区域有限，不适用于研究旋翼尾流在不同平尾安装区域的流场特性。本发明提出了一种直升机平尾区域流场速度的测量装置及方法，该装置及方法可完成多组试验状态下平尾区域的流场测速试验，以获取平尾区域受旋翼尾流的影响规律，进而优化直升机的气动布局，提高直升机的气动效能。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种直升机平尾区域流场速度的测量装置及方法，以获取直升机在不同试验状态下旋翼尾流对平尾区域流场的影响特性，为优化平尾气动布局提供试验数据支撑。
本发明所采用的技术方案为：
一种直升机平尾区域流场速度的测量装置，包括连接于旋翼模型试验台的直线模组，直线模组的输出端上连接有尾支杆，尾支杆的另一端连接有倾角机构，倾角机构上连接有测量耙安装架，测量耙安装架上安装有尾流测量耙。
试验时，可根据试验需求驱动直线模组，从而改变尾流测量耙的水平位置，以准确模拟平尾沿机身纵向安装位置的变化。可通过改变倾角机构与测量耙安装架之间的连接角度，来改变尾流测量耙的倾斜角度。调节尾流测量耙在测量耙安装架上的安装位置。在开展旋翼与机身组合模型风洞试验时，尾流测量耙可定位至目标尾流测量区域内，适用于研究旋翼尾流在不同平尾安装区域的流场特性，为选定最优平尾安装位置进而优化平尾布局提供了有效的试验数据支撑。
作为本发明的优选方案，所述直线模组与旋翼模型试验台之间连接有角度块。角度块的作用是使尾支杆与水平面呈一定角度，以便将尾流测量耙准确定位至直升机平尾区域。为了满足不同试验任务对平尾安装位置的要求，可根据试验任务要求更换不同角度的角度块。
作为本发明的优选方案，所述直线模组上的输出端上连接有活动块，活动块上固定有连接耳，尾支杆连接于连接耳内。直线模组驱动活动块移动，活动块带动尾支杆移动，进而改变尾流测量耙的水平位置。尾支杆为细长圆管，通过连接耳与活动块固定连接。
作为本发明的优选方案，所述倾角机构的一端与尾支杆通过法兰连接，倾角机构的另一端与测量耙安装架铰接，倾角机构上以测量耙安装架的转动中心为圆心设置有若干定位销孔，测量耙安装架上设置有一个定位销孔，测量耙安装架上的定位销孔与倾角机构上的其中一个定位销孔通过定位销连接。通过改变测量耙安装架和倾角机构上的定位销孔的相对位置可以实现尾流测量耙安装角度的变化。
作为本发明的优选方案，所述测量耙安装架上设置有若干安装孔，尾流测量耙与测量耙安装架的其中一个安装孔通过螺栓连接。通过改变尾流测量耙与安装孔的相对位置可实现尾流测量耙高度的变化。
作为本发明的优选方案，所述尾流测量耙包括连接头，连接头与测量耙安装架通过螺栓连接，连接头上固定有测量耙主体，测量耙主体上安装有若干七孔探针。七孔探针能获得不同试验状态下该平尾区域的流场速度。
作为本发明的优选方案，所述相邻七孔探针的间距大于10d，以尽量减小七孔探针之间的相互干扰。其中，d为七孔探针的直径。
作为本发明的优选方案，所述七孔探针伸出壳体部分的长度大于25d，以进一步减小七孔探针的后体对测量结果的影响。其中，d为七孔探针的直径。
作为本发明的优选方案，相邻两排七孔探针错开设置。双排七孔探针错位设置，可减小上下两排探针之间的流场干扰，与单排尾流测量耙相比可以提高测量精度。
一种直升机平尾区域流场速度的测量方法，包括如下步骤：
S1：将尾流测量装置安装于旋翼与机身组合模型风洞试验平台，根据具体试验要求确定尾流测量耙安装角度及安装位置；
S2：根据试验任务要求改变风洞来流速度、旋翼转速、旋翼轴倾角、机身迎角、机身侧滑角等试验变量，获得不同试验状态下该平尾区域的流场速度；
S3：重复步骤S1和S2，直到完成所有预定平尾安装位置区域的流场速度测量；
S4：将七孔探针测得的流场速度数据V转换到风轴系中的速度Vx、Vy、Vz；其中，Vx为旋翼尾流在水平方向的速度；Vy为旋翼尾流的垂向诱导速度；Vz为旋翼尾流在侧向的速度；
S5：以七孔探针编号或编号所对应的七孔探针位置为横坐标，速度V、Vx、Vy、Vz为纵坐标，绘制曲线，进而分析平尾区域流场速度受旋翼尾流的影响规律。
本发明的有益效果为：
本发明的直线模组可改变尾流测量耙的水平位置，通过改变倾角机构与测量耙安装架之间的连接角度来改变尾流测量耙的倾斜角度。调节尾流测量耙在测量耙安装架上的安装位置。在开展旋翼与机身组合模型风洞试验时，尾流测量耙可定位至目标尾流测量区域内，适用于研究旋翼尾流在不同平尾安装区域的流场特性，为选定最优平尾安装位置进而优化平尾布局提供了有效的试验数据支撑。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中A处的局部放大图；
图3是测量耙安装架的结构示意图；
图4是倾角机构的结构示意图；
图5是尾流测量耙的结构示意图。
图中，1-旋翼模型试验台；2-直线模组；3-尾支杆；4-倾角机构；5-测量耙安装架；6-尾流测量耙；7-角度块；21-活动块；22-连接耳；61-连接头；62-测量耙主体；63-七孔探针。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本实施例的直升机平尾区域流场速度的测量装置，包括连接于旋翼模型试验台1的直线模组2，直线模组2的输出端上连接有尾支杆3，尾支杆3的另一端连接有倾角机构4，倾角机构4上连接有测量耙安装架5，测量耙安装架5上安装有尾流测量耙6。
试验时，可根据试验需求驱动直线模组2，从而改变尾流测量耙6的水平位置，以准确模拟平尾沿机身纵向安装位置的变化。可通过改变倾角机构4与测量耙安装架5之间的连接角度，来改变尾流测量耙6的倾斜角度。调节尾流测量耙6在测量耙安装架5上的安装位置。在开展旋翼与机身组合模型风洞试验时，尾流测量耙6可定位至目标尾流测量区域内，适用于研究旋翼尾流在不同平尾安装区域的流场特性，为选定最优平尾安装位置进而优化平尾布局提供了有效的试验数据支撑。
如图2所示，所述直线模组2与旋翼模型试验台1之间连接有角度块7。角度块7的作用是使尾支杆3与水平面呈一定角度，以便将尾流测量耙6准确定位至直升机平尾区域。为了满足不同试验任务对平尾安装位置的要求，可根据试验任务要求更换不同角度的角度块7。
所述直线模组2上的输出端上连接有活动块21，活动块21上固定有连接耳22，尾支杆3连接于连接耳22内。直线模组2驱动活动块21移动，活动块21带动尾支杆3移动，进而改变尾流测量耙6的水平位置。尾支杆3为细长圆管，通过连接耳22与活动块21固定连接。
如图3和图4所示，所述倾角机构4的一端与尾支杆3通过法兰连接，倾角机构4的另一端与测量耙安装架5铰接，倾角机构4上以测量耙安装架5的转动中心为圆心设置有若干定位销孔，测量耙安装架5上设置有一个定位销孔，测量耙安装架5上的定位销孔与倾角机构4上的其中一个定位销孔通过定位销连接。通过改变测量耙安装架5和倾角机构4上的定位销孔的相对位置可以实现尾流测量耙6安装角度的变化。
倾角机构4上设置有作为倾角机构4的旋转中心的圆孔，且在距圆孔距离为R处沿圆弧周向等角度开有若干定位销孔。
测量耙安装架5在与倾角机构4的连接端开有转轴孔和定位销孔，定位销孔距转轴孔距离为R，用于与倾角机构4相连接。通过改变两个部件定位销孔的相对位置可以实现尾流测量耙6安装角度的变化。
所述测量耙安装架5上设置有若干安装孔，尾流测量耙6与测量耙安装架5的其中一个安装孔通过螺栓连接。测量耙安装架5上均匀分布有多个安装孔，通过改变尾流测量耙6与安装孔的相对位置可实现尾流测量耙6高度的变化。
如图5所示，所述尾流测量耙6包括连接头61，连接头61与测量耙安装架5通过螺栓连接，连接头61上固定有测量耙主体62，测量耙主体62上安装有若干七孔探针63。七孔探针63能获得不同试验状态下该平尾区域的流场速度。
所述相邻七孔探针63的间距大于10d，以尽量减小七孔探针63之间的相互干扰。其中，d为七孔探针63的直径。
所述七孔探针63伸出壳体部分的长度大于25d，以进一步减小七孔探针63的后体对测量结果的影响。其中，d为七孔探针63的直径。
相邻两排七孔探针63错开设置。双排七孔探针63错位设置，可减小上下两排探针之间的流场干扰，与单排尾流测量耙6相比可以提高测量精度。
在开展旋翼与机身组合模型风洞试验时，将所述尾流测量耙6定位至平尾位置的流场区域，将尾流测量耙6上的探针按航向从左到右进行编号1～N（N为单排探针的最大数量），尾流测量耙6安装时需沿机身纵向平面左右对称，尾流耙的横向跨距需确保探针能获取平尾展向范围的流场数据。
一种直升机平尾区域流场速度的测量方法，包括如下步骤：
S1：将尾流测量装置安装于旋翼与机身组合模型风洞试验平台，根据具体试验要求确定尾流测量耙6安装角度及安装位置；
S2：根据试验任务要求改变风洞来流速度、旋翼转速、旋翼轴倾角、机身迎角、机身侧滑角等试验变量，获得不同试验状态下该平尾区域的流场速度；
S3：重复步骤S1和S2，直到完成所有预定平尾安装位置区域的流场速度测量；
S4：将七孔探针63测得的流场速度数据V转换到风轴系中的速度Vx、Vy、Vz；其中，Vx为旋翼尾流在水平方向的速度；Vy为旋翼尾流的垂向诱导速度；Vz为旋翼尾流在侧向的速度；
S5：以七孔探针63编号或编号所对应的七孔探针63位置为横坐标，速度V、Vx、Vy、Vz为纵坐标，绘制曲线，进而分析平尾区域流场速度受旋翼尾流的影响规律。
旋翼尾流测量装置可以将测量装置驱动至目标尾流测量区域，适用于研究旋翼尾流在不同平尾安装区域的流场特性。旋翼尾流测量装置可根据尾流场分布特点改变其测量角度，确保相对于探针体轴的最大气流偏角在有效测量范围内，使测量数据更加准确有效。旋翼尾流测量方法可以获得旋翼尾流对不同平尾安装位置处流场特性的影响规律，为选定最优平尾安装位置进而优化平尾布局提供了有效的试验数据支撑。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
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