直升机领域新突破！我国完成第一次涵道尾桨气动噪声风洞试验

撰文：利刃龙猫

近日，航空工业官方媒体报道了气动院成功完成了直升机涵道尾桨气动噪声风洞试验。这是我国首次进行此类试验，填补了直升机领域上的空白。众所周知，直升机为了抵消旋翼旋转带来的陀螺力矩，通常采用尾桨进行力矩平衡（使用共轴反转柔性旋翼布局的卡莫夫系列直升机除外）。而尾桨又分为直接式尾桨与涵道尾桨。那么中国为什么要对涵道尾桨进行这种实验呢？

直接式尾桨分为好多类，但共同点便是尾桨直接暴露在空气中，周围没有部件遮挡。直接式尾桨的优点便是构造简单、重量轻，目前大多数直升机都采用直接式尾桨。与之相比，涵道尾桨由涵道和风扇两大部分组成，其中涵道壁在高速气流作用下产生吸力，进而转化成推力；而风扇负责产生拉力，以抵消主旋翼的陀螺力矩。涵道尾桨最大的特点就是风扇并无水平铰链以及垂直铰链，只能进行总距操纵，因此涵道尾桨的效率通常不如直接式尾桨。目前，应用了涵道尾桨布局的直升机有直9、直19，法国的“海豚”等。

目前世界各国服役的主力武装直升机以第三代为主，其最大特点便是具备强大的武器挂载能力、优秀的主被动防护能力、强大的观瞄侦测手段以及信息化作战能力。不过第三代武装直升机的最大飞行速度不高于350千米/时，面对越来越复杂的防空火力拦截显得力不从心。况且，现役的武装直升机只具备一定的红外隐身能力，而武直的交战距离通常在目视范围内，如何更好地不被敌人的感官感觉到也是下一代武直的设计重点。因此，第四代武装直升机必须具备两大特点：高速性与声学隐身功能。

随着高速直升机的不断发展，传统直升机布局在气动方面的限制越来越大，一般很难将速度突破350千米/时。其中，尾桨造成了直升机高速飞行下约30%的阻力，其作用不可忽视。而涵道尾桨相比于直接式尾桨阻力小、迎风面积小的优点便体现了出来，成为传统构型直升机提升飞行速度最具性价比的选择。武装直升机由于对操纵性、敏捷性、气动冗余度等的要求较高，主要采用直接式尾桨，例如“阿帕奇”、直10、米-28等。然而早在上世纪80年代预研中的美国“科曼奇”，就设计了涵道尾桨，其原型机也应用了涵道尾桨，使得“科曼奇”的最大飞行速度超过400千米/时。随着美国国防政策的调整，虽然“科曼奇”最终不幸下马，但它独特的构型设计依然对第四代武装直升机有巨大的参考价值。

如何实现声学隐身，通常有两种办法：一种是将自己伪装成背景噪音，不过这种方法一般用于潜艇以躲避声呐的探测；另一种就是降噪减振了。显然，直升机的声学隐身只能采用后者。由于直接式尾桨的桨叶直接暴露于空气中，旋转时产生的振动与噪音要高于涵道尾桨。这也是涵道尾桨布局能应用于第四代武直的另一原因。具备优异声学隐身功能的新型武装直升机将会静谧地潜伏于战场上空或接近敌人，对毫无防备的敌军以致命打击。中国首次进行直升机涵道尾桨气动噪声风洞试验，可对涵道尾桨表面的气流流向、压力分布、振动特性以及声场频谱性质有更加深入的了解，并积累相关实验数据，为后续试验做准备。

当然，以上信息并不能推断出中国的第四代武直就一定采用涵道尾桨布局，不过该试验的背后更值得我们去关注。此试验将涵道尾桨放置于FL-52型低速风洞中进行相应的吹风。FL-52型风洞是气动院最新设计的小型风洞，全长仅为2米，主要用于低速试验。实际上，直升机的涵道尾桨从外观上看与涡扇发动机的涵道风扇类似，二者的工作原理相近。同理，飞机涡扇发动机的低级风扇与压气机叶片也可以在该型风洞内进行相应的测试，从而拓展了风洞的应用领域。

因此，中国首次进行直升机涵道尾桨试验成功，不仅标志着直升机领域取得的突破，还意味着相应的试验设备的通用化程度加深，从而减小了测试费用，加快了试验效率，使得中国新型高速直升机出现的时间将会越来越近。