[科普中国]-剪刀式尾桨

简介

尾桨是单旋翼带尾桨式直升机的关键部件之一，其性能的好坏直接影响直升机的整体性能。提高尾桨的气动性能和改善尾桨的噪声特性能够为提高直升机整体性能带来好处。剪刀式尾桨是一种有别于常规构型的新构型尾桨。这种尾桨由沿其旋转轴的上、下两副桨叶构成，两副桨叶为非垂直布置，并且存在一定的轴向间距。研究表明剪刀式尾桨与普通形式尾桨相比具备一定的降噪能力，并且其声压信号与常规尾桨有明显的差异，这可以降低直升机的可探测性。因此，剪刀式尾桨常用于武装直升机，例如美国著名的AH-64“阿帕 奇”武 装 直 升 机（尾桨间距角60°/120°）和俄罗斯Mi-28“浩劫”武装直升机（尾桨间距角为35°/145°）等。

由于剪刀式尾桨各片桨叶不是等距分布，相邻桨叶之间的距离变得更小，气动干扰会更加强烈。同时，剪刀式尾桨还存在一定的轴向间距，上面一副桨叶产生的桨尖涡有可能直接打到后面相邻的桨 叶，从而产生强烈的桨－涡干扰现象。因此，相比于普通尾桨，剪刀式尾桨的流场和噪声特性更加复杂。据检索到的资料所知，国外关于剪刀式尾桨的研究进行的不多，且大都是采用试验方法进行研究。1

剪刀式尾桨特性兼顾计算精度和效率，建立了悬停状态下剪刀式尾桨流场计算的高精度数值模拟方法，着重分析了剪刀式尾桨涡干扰流场特征，以及构型参数对剪刀式尾桨的气动性能的影响规律。相关研究结果表明：

(1)剪刀式尾桨中存在着严重的桨-涡干扰现象。上桨叶的桨尖涡甚至会直接与下桨叶发生碰撞，一方面导致下桨叶拉力损失，另一方面碰撞后的桨尖涡会破碎、涡核运动轨迹发生改变、强度减弱。而上桨叶的下洗流则会使得下桨叶的实际迎角减小，同样导致下桨叶拉力减小。其中，上旋翼桨叶在前构型下桨叶所受的干扰比下旋翼桨叶在前构型下桨叶所受干扰要强烈；

(2)剪刀式尾桨中存在着复杂的涡-涡干扰现象。一方面上桨叶的桨尖涡和下桨叶干扰之后导致自身强度和轨迹发生突变，随后会与下桨叶的桨尖涡相互干扰、融合，并且对下桨叶桨尖涡强度和轨迹也造成影响；另一方面，上桨叶桨尖涡和下桨叶桨尖涡在运动过程由于距离较近，相互之间也会发生一定程度的干扰，甚至互相吸收融合；

(3)剪刀角和轴间距对剪刀式尾桨的气动力有重要影响。总体来说，相同剪刀角和相同轴间距配置时，下旋翼桨叶在前构型剪刀式尾桨的拉力和悬停效率均大于上旋翼桨叶在前构型剪刀式尾桨。下旋翼桨叶在前构型构型剪刀式尾桨的气动力随着剪刀角的增大而增大，随着轴间距的增大而减小；上旋翼桨叶在前构型剪刀式尾桨的气动力随着剪刀角的增大而减小，随着轴间距的增大而增大。2