CN108216617A - 一种抑制直升机桨-涡干扰噪声的方法 - Google Patents

一种抑制直升机桨-涡干扰噪声的方法 Download PDF

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Abstract

一种抑制直升机桨‑涡干扰噪声的方法，涉及直升机旋翼桨。在桨尖距端面合适位置布置至少1个合成射流发生器，所述合成射流发生器由电源供电，在桨尖下表面产生相对于旋翼桨叶前行方向向后且向下的合成射流来削弱桨尖涡强度，并改变其脱落方向，避免桨尖涡与后续桨叶相互干扰，以达到抑制桨‑涡干扰噪声的效果。合成射流发生器的结构参数可以根据具体的实际需求进行优化，还可以通过调节合成射流发生器的加载电参数来改变射流强度，对桨‑涡干扰进行主动、灵活的智能化控制；具有结构简单、制造成本低、维护方便以及不改变原有旋翼桨尖气动外形等优点。

Description

一种抑制直升机桨-涡干扰噪声的方法
技术领域
本发明涉及直升机旋翼桨，尤其是涉及利用合成射流技术的一种抑制直升机桨-涡干扰噪声的方法。
背景技术
直升机具有垂直起降、悬停、低空低速飞行等独特性能，使其在国防和民用领域得到了越来越多的应用。但是直升机也存在着噪声过大的缺点，导致其在军事方面降低了隐身性，容易过早地暴露行踪，极大地影响直升机的战场突防和生存能力；在民用方面，过大的噪声不仅影响乘员的乘坐舒适性，也造成严重的噪声污染，不符合环保要求。
直升机噪声主要来自旋翼的气动噪声，气动噪声是由高速旋转的桨叶与空气相互作用导致的非定常运动和流动产生的。研究表明桨-涡干扰现象是产生气动噪声的主要因素之一。桨-涡干扰现象是旋转的桨叶与各桨尖涡线相遇而形成的一种直升机特有的物理干扰现象。涡线是由桨尖涡脱离桨尖形成的。因此，为了抑制直升机旋翼的桨-涡干扰噪声，必须削弱桨尖涡的强度并改变其脱落方向，使涡线远离其他后续桨叶。
公开号为CN106741922的中国专利公开一种旋翼噪声抑制方法，它的原理是通过在桨尖前缘开孔的方式，将旋翼前缘的气流引到桨尖端面，使气流垂直于桨尖端面射出，削弱桨尖涡的强度，以达到降低桨-涡干扰噪声的效果。该方法改变了桨尖气流流动，增大流动损失，降低了桨尖效率，而且无法根据飞行状态对引气进行智能化调整。
此外，目前还有一些其他抑制直升机旋翼桨-涡干扰噪声的方法，例如在旋翼桨尖加装后掠角、下反角以及安装后缘襟翼等，这些方法都具有各自的局限性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有抑制直升机旋翼桨-涡干扰噪声存在的上述不足，提供利用合成射流技术的一种抑制直升机桨-涡干扰噪声的方法。
本发明的具体步骤如下：
在桨尖距端面合适位置布置至少1个合成射流发生器，所述合成射流发生器由电源供电，在桨尖下表面产生相对于旋翼桨叶前行方向向后且向下的合成射流来削弱桨尖涡强度，并改变其脱落方向，避免桨尖涡与后续桨叶相互干扰，以达到抑制桨-涡干扰噪声的效果。
所述合适位置可为5～60mm。
所述合成射流发生器设有内腔体与口径为直径0.5～3mm的射流出口，所述射流出口位于桨尖下表面，并与下表面齐平。合成射流发生器可通过加载电信号，以物理方式使腔内气体压力骤增，高压气体从射流出口喷出，形成高速射流；之后腔内呈负压状态，吸入外界空气，再次形成下一周期的射流，持续的周期性射流用以抑制桨-涡干扰。所述物理方式可采用放电加热、压电作用或机械做功等。
所述合成射流发生器具有密闭腔体以及与外界相连通的小孔，能够通过加载电信号产生向外喷射的高速射流。
所述合成射流发生器可以结合传感器、计算机与程控电源，根据直升机飞行状态，通过调节加载电参数改变射流强度，对射流进行精确调整，做到针对不同飞行状态下的桨-涡干扰噪声进行有效的抑制，实现智能化控制。所述电参数包括电源的输出电压、输出频率或占空比等。
在桨尖处安装的合成射流发生器，设计成产生的射流向相对于旋翼桨叶前行方向的向后且向下方向射出。射流的向后分量加速桨尖下表面附近的气体流动，使下表面压力降低，从而削弱桨尖涡强度，减弱桨-涡干扰噪声；射流的向下分量促使桨尖涡涡线向下偏转，改变桨尖涡脱落方向以避免与后续桨叶接触，从而防止直升机旋翼桨-涡干扰噪声的产生。
与现有的其他直升机旋翼桨-涡干扰噪声抑制方法相比，本发明具有以下突出技术效果：
1)本发明的合成射流发生器的结构参数可以根据具体的实际需求进行优化，还可以通过调节合成射流发生器的加载电参数(如电源的输出电压，或输出频率、占空比等)来改变射流强度，对桨-涡干扰进行主动、灵活的智能化控制；具有结构简单、制造成本低、维护方便以及不改变原有旋翼桨尖气动外形等优点。
2)合成射流的种类很多，例如火花放电等离子体合成射流、压电式合成射流、机械式合成射流等，射流的形成原理基本相同，虽然发生器的工作原理不尽相同，但都可用于本发明。
附图说明
图1为桨尖涡生成原理图。
图2为本发明抑制桨-涡干扰噪声方法的原理示意图。
图3为沿A方向的合成射流视图。
具体实施方式
如图1和2所示，当直升机向前飞行时，旋翼以角速度ω旋转，速度为V的气流流经前行桨叶的桨尖，在桨尖上下表面之间形成压力差，上表面的压力为P1，下表面的压力为P2，且P1＜P2。在此压力梯度的作用下，下表面的气体将会绕桨尖向上翻卷流动，形成如图1和图2所示的一个向上卷起的桨尖涡Г1。其涡轴线l1会与后续桨叶接触，产生桨-涡干扰噪声。
如图3所示，在直升机桨叶的桨尖安装合成射流发生器G。发生器G埋设于桨尖内部，其射流出口与桨尖下表面平齐，射流方向相对于桨叶前进方向向后且向下。
如图1和2所示，旋转的桨叶会在桨尖产生桨尖涡Г1，Г1会向后脱落延伸发展，形成的涡线l1与后续桨叶相互作用，产生桨-涡干扰噪声。启动合成射流发生器后，在桨尖下表面射流口O处产生一股高速合成射流J，其方向相对于桨叶前进方向向后且向下(如图3所示)。合成射流J的向后分量Jr会加快桨尖下表面后方的气体流速，改变原有的流场，以致改变局部的压力分布，减小该处的压力，削弱上下表面的压力梯度，阻碍桨尖涡的形成，从而减弱桨-涡干扰噪声。另一方面，合成射流J的向下分量Jd对桨尖流动增加一个向下的速度分量，促使Г1转变成Г2，改变桨尖涡脱落方向，使形成的桨尖涡涡线l1向下偏转为l2，避免与后续桨叶接触，从而抑制直升机旋翼桨-涡干扰噪声。

Claims (9)

1.一种抑制直升机桨-涡干扰噪声的方法，其特征在于其具体步骤如下：
在桨尖距端面合适位置布置至少1个合成射流发生器，所述合成射流发生器由电源供电，在桨尖下表面产生相对于旋翼桨叶前行方向向后且向下的合成射流来削弱桨尖涡强度，并改变其脱落方向，避免桨尖涡与后续桨叶相互干扰，以达到抑制桨-涡干扰噪声的效果。
2.如权利要求1所述一种抑制直升机桨-涡干扰噪声的方法，其特征在于所述合适位置为5～60mm。
3.如权利要求1所述一种抑制直升机桨-涡干扰噪声的方法，其特征在于所述合成射流发生器设有内腔体与口径为直径0.5～3mm的射流出口，所述射流出口位于桨尖下表面，并与下表面齐平。
4.如权利要求1所述一种抑制直升机桨-涡干扰噪声的方法，其特征在于所述合成射流发生器通过加载电信号，以物理方式使腔内气体压力骤增，高压气体从射流出口喷出，形成高速射流；之后腔内呈负压状态，吸入外界空气，再次形成下一周期的射流，持续的周期性射流用以抑制桨-涡干扰。
5.如权利要求4所述一种抑制直升机桨-涡干扰噪声的方法，其特征在于所述物理方式采用放电加热、压电作用或机械做功。
6.如权利要求1所述一种抑制直升机桨-涡干扰噪声的方法，其特征在于所述合成射流发生器具有密闭腔体以及与外界相连通的小孔，能够通过加载电信号产生向外喷射的高速射流。
7.如权利要求1所述一种抑制直升机桨-涡干扰噪声的方法，其特征在于所述合成射流发生器结合传感器、计算机与程控电源，根据直升机飞行状态，通过调节加载电参数改变射流强度，对射流进行调整，做到针对不同飞行状态下的桨-涡干扰噪声进行有效的抑制，实现智能化控制。
8.如权利要求7所述一种抑制直升机桨-涡干扰噪声的方法，其特征在于所述电参数包括电源的输出电压、输出频率或占空比。
9.如权利要求1所述一种抑制直升机桨-涡干扰噪声的方法，其特征在于在桨尖处安装的合成射流发生器，设计成产生的射流向相对于旋翼桨叶前行方向的向后且向下方向射出，射流的向后分量加速桨尖下表面附近的气体流动，使下表面压力降低，从而削弱桨尖涡强度，减弱桨-涡干扰噪声；射流的向下分量促使桨尖涡涡线向下偏转，改变桨尖涡脱落方向以避免与后续桨叶接触，从而防止直升机旋翼桨-涡干扰噪声的产生。
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