以类S97构型的高速直升机为研究对象,通过全机平衡方程的建立,开展共轴双旋翼、尾部推进桨的气动特性研究,着重分析了不同前进比下转速变化对拉力/推力、功率的影响,研究其气动环境与常规直升机的差异,并从全机角度出发,进行共轴双旋翼、尾部推进桨的功率占比分析,研究旋翼转速、飞行速度、需用功率之间的内在关系,得到了高速直升机气动特性的基本规律以及影响其气动效率的一些因素。

为了研究高速直升机的动力推进装置,基于螺旋桨片条理论和环量优化设计理论对高速直升机尾推螺旋桨进行了气动优化设计和气动性能计算.在设计过程中,以高速飞行工况(H=2000 m,v=400 km/h)为设计点,完成了一款直径D=2.5 m高速直升机尾推螺旋桨的气动方案,给出了螺旋桨桨叶最优环量、弦长以及扭转角分布.基于采用片条理论计算了在不同工况下螺旋桨的气动性能,结果表明该螺旋桨在较宽的前进比范围内均能保持较高效率(η=0.80~0.85).同时采用CFD数值模拟方法完成了2个典型状态点(静止状态v=0 km/h、高速状态v=400 km/h)的气动性能分析,获取了螺旋桨气动性能参数和流场信息,其中数值计算的拉力系数和效率值与理论计算值相差1%~2%,从而验证了复合式高速直升机尾推螺旋桨气动设计方案可靠性.

采用基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程的CFD方法和运动嵌套网格技术,建立了共轴刚性旋翼/机身气动干扰分析方法,并采用风洞试验数据进行了验证。计算分析了不同总距下共轴刚性旋翼与机身间的气动干扰特性。结果表明,随总距增加,旋翼拉力逐渐增大,但由于旋翼和机身的相互干扰现象,旋翼和机身的拉力总和降低。这是由于受旋翼下洗流影响,机身会产生较大的呈四阶变化负升力,导致总拉力降低。此外还发现,在机身干扰作用下旋翼非定常拉力峰值显著增大,桨盘平面诱导速度分布更加不均。

本文为适应高速直升机这种新型的作战平台,针对性的开展了光电任务系统需求分析,主要包括气动特性、隐身性改进设计需求,远距探测识别与系统集成度需求及智能化发展需求几个方面,旨在以需求牵引技术,充分发挥高速直升机侦察监视、低空突袭的作战优势。

研究了一种共轴式反转的高速直升机主减轮系方案,为设计者提供了一种快速判断轮系功率流向的方法。首先,将轮系单元分析法引入共轴双旋翼高速直升机主减轮系的分析,并完成直升机主减轮系的数学建模。然后,总结出共轴双旋翼高速直升机主减轮系方案所有可能的功率流向类型。最后,研究了共轴双旋翼高速直升机主减轮系的功率流向类型及其不同的飞行状态（前飞、改变航向等）对主减轮系效率的影响。