3)整机的总体验证或安全性验证,通常是缩比样机风洞试验测试最多。当然也有整机飞行测试。
最近Joby正在做倾转系统振动测试的视频,从侧面也说明Joby面临着比较严酷的振动水平高、疲劳寿命短等问题。
下面这篇文章是关于倾转构型VTOL的风洞试验测试的,很有借鉴之处,感兴趣的可以谢谢品读。
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在倾转旋翼机发展的不同阶段,都因为研制中遇到的关键技术问题而开展了大量的风洞试验,其中包括全尺寸动力学/气动耦合试验、旋翼翼型设计优化试验、旋翼性能试验、旋翼/机身/机翼干扰试验、机身测力试验等。风洞试验在倾转旋翼机关键气动/结构动力学等方面问题的发现 、解决及验证中发挥了不可替代的重要作用 。
本文首先对国内外倾转旋翼机研制过程中 的风洞试验模拟准则、设施设备进行了介绍,并 总结了倾转旋翼机风洞试验关键技术;其次按照 单独倾转旋翼、全机多部件干扰、全尺寸试验的 分类对倾转旋翼机风洞试验情况进行了分析和 总结;最后基于以上分析,提出了国内倾转旋翼 机风洞试验技术发展建议。
1、倾转旋翼机风洞试验类别
在倾转旋翼机风洞试验中,目前主要研究其 空气动力学、结构动力学和飞行动力学特性等, 从发展初期的技术验证机试验到目前的民用倾 转旋翼机缩比模型试验,欧美等国家开展了不同 尺度、多种类型的倾转旋翼机风洞试验,主要有:缩比模型/全尺寸模型气动性能、流场及噪声试 验、缩比模型的动力学试验、真机试验等,其中气 动性能风洞试验主要有:翼型试验、单独倾转旋 翼试验、旋翼/短舱/机翼干扰试验、单独机身试 验等;结构动力学风洞试验主要有:单独旋 翼、旋翼/短舱/机翼耦合动力学试验等;飞行 动力学风洞试验主要有:全机虚拟飞和自由飞试 验等。
风洞中通常使用试验模型进行试验,模型和 实物在尺寸、结构、飞行条件上有所差异,为使风 洞试验结果能够应用于真正的倾转旋翼机设计, 需要满足模型与真机之间的相似准则条件,包括:几何相似、运动相似、动力相似等。
通过量纲分析法,可导出倾转旋翼模型试验 需要满足的相似准则,包括:斯托哈尔数(Strouhal number,Sr)、雷诺数(Reynolds number,Re)、 马 赫 数(Mach number,Ma)、佛 劳 德 数(Froude number,Fr)、洛克数(Lock number,Lo)等。
根据不同的试验目的,相应的风洞试验满足 的相似准则并不相同,其中研究倾转旋翼机空气 动力学特性首要满足 Ma 相似,研究结构动力学 特性首要满足 Lo 相似,研究飞行力学特性首要满 足 Fr 数相似准则,而在全尺寸模型风洞试验中以 上相似准则可做到同时满足。
2、倾转旋翼机主要风洞试验设施
2. 1、倾转旋翼气动特性研究
2. 1. 1、全尺寸倾转旋翼
美国贝尔公司为研究 XV-15 倾转旋翼机单 独旋翼的气动及噪声特性,研制了全尺寸倾转旋 翼试验设施——旋翼式螺旋桨试验台(Propeller Test Rig, PTR),在 20 世纪 70 年代利用该试验 台开展了大量试验。
PTR 试验台动力系统由 2 台 1 120 kW 的电 机驱动,旋翼额定转速 625 r/min,旋翼最大拉力 70 kN。电机、减速器、天平等主要部件串联布 置,安装全尺寸倾转旋翼后试验台主体呈“T”字 型。该试验台有 2 种不同的布置形式,一种是利 用两根主支杆悬臂支撑,试验台主体部分可绕水 平横梁转动,模拟旋翼悬停、过渡及前飞状态(该 种方式仅在试验台建成的早期使用过);另一种 是利用三根主支杆及一根横梁,将试验台主体水 平安装在支撑平台上,利用风洞转盘转动实现试 验台悬停、过渡及前飞状态的模拟(20 世纪 80 年 代后主要以该种方式开展风洞试验),PTR 试验 台在外场地面的安装见图 1。
PTR 试验台旋翼轴离地高度 6. 71 m(1. 76R, R 为旋翼半径),为减小旋翼与地面之间的气动干 扰,试验台支撑架经优化设计,减小了旋翼桨尖 涡与支撑架之间的干扰,提高了旋翼气动及噪声 数据的测试精度 。
PTR 试验台在 NFAC 运行约 20 年,先后开 展过 Model 300(XV-15 前身)、XV-15 的全尺寸 倾转旋翼试验,JVX、V-22 缩比旋翼试验,为倾转旋翼桨叶气动/结构布局优化设计提供了重要支 撑,该试验台目前已停用。
进入 21 世纪,在美军联合重型运输机项目的 支持下,NASA 联合贝尔公司研制了新一代的大 尺 寸 独 立 倾 转 旋 翼 试 验 台(Tiltrotor Test Rig, TTR),该 试 验 台 于 2015 年 初 建 成 ,2017 年 在 NFAC 风洞 12 m×24 m 试验段开展了首次验证 性试验(图 2)。
来源:eVTOL博士