黑鹰直升机旋翼桨叶防_除冰系统研究_杨常卫
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与原型机的电热防 /除冰系统相比, 最终生产的 UH - 60A直升机上的电热防 /除冰系统具有以下改进:
1) 为了降低电热防除冰系统的耗电量, 将四片 主桨叶同时加热改为相对两片桨叶循环加热。主桨 叶耗电功率由原来的 25KW 降为 17. 5KW ( 注: 文献 [ 3] 中 该数 据为 15KW, 文 献 [ 4 ] 中该 数据 为 17. 5KW, 此处采用了文献 [ 4 ] 中的数据 ) , 加热密度为 3. 91W / cm2, 节省了 17. 5KW 的电功率。
根据西科斯 基公 司与 美国 空军 之间 的 协议, 1957 - 1958年之间, 西科斯基公司为 H - 34( 即 S - 58)直 升机旋翼桨叶研制电 热防 /除 冰系统。最
初设计的 H - 34每片主桨叶上有 8个加热区域, 加 热密度为 2. 8125 W / cm2; 每片尾桨叶上有 4个加热 区域, 加热密度为 3. 125 W / cm2。控制器根据结冰 探测器和外部的温度变化来实现对每个加热区域的
总 第 166 期 2011年第 1期
直 升 机 技术 HEL ICOPTER TECHN IQUE
文章编号: 1673-1220( 2011) 01-037-08
T ota l N o. 166 N o. 1 2011
黑鹰直升机旋翼桨叶防 /除冰系统研究
杨常卫 1, 张功虎 2, 孙 涛1, 刘伟光1
系统是美国西科斯基公司最早开发的比较成功的一 款旋翼防 /除冰系统。 详细介绍黑 鹰直升机旋 翼防 /除冰
系统的发展历程和设计特点, 对 比了 UH - 60A 和 UH - 60M 直升机上防 /除冰系统的异 同。
关键词 黑鹰直升机; UH - 60; 电热防 /除冰系统; 西科斯基公司
中图分类号: V 244. 1+ 5
调控。西科斯基的研究人员利用加拿大渥太华的结
冰喷洒塔进行了大量的旋翼桨叶除冰试验, 确定了 桨叶上所需的功率密度、加热区域分布、加热规律和
除冰效果。在 H - 34 的基 础上, 1957 - 1963 年之 间, 西科斯基又为美国海军研制了 H - 3直升机的 电热防 /除冰系统。H - 34和 H - 3的电热防 /除冰 系统几乎完全一样, 只是桨叶片数由 5片改为 4片。 1960年生产了一架 H - 3原型机, 并在 Eg lin的气候 控制室内进行了试验。H - 3的试验结果与 H - 34 的试验结果一致。西科斯基公司于 1963年交付给 美国海军 5架装备有电热防 /除冰系统的 H - 3 直 升机。H - 34 和 H - 3 直升机电热防 /除冰系统的 研制具有重要意义, 它们验证了电热防 /除冰系统的 可行性, 为 CH SS- 2( S- 61) 旋翼桨叶防 /除冰系统 的研制和在加拿大军用直升机中实现装备奠定了基
作为研究直升机旋翼桨叶防 /除冰技术最早的 机构之一, 西科斯基公司为了解决直升机旋翼桨叶 结冰问题, 在 1945- 1957年之间进行了大量的基础 研究 [ 3] , 获得了旋翼桨叶 表面水滴的运动 规律, 并 先后尝试了持续热气防 /除冰系 统 ( Continuous H ot A ir A nti- Icing )、疏 冰条 除 /冰 系统 ( Ice - Phob ic T ape De- Icing )、气胎防护罩 除冰系统 ( Pneum atic Boot De- ic ing) 和电热防 /除冰系统等, 最终选择了 电热防 /除冰系统作为直升机旋翼桨叶的防 /除冰方 法 [ 1, 2] 。使用电阻丝加热 的方法来 达到防 /除冰的 目的, 最初在工业上应用得比较普遍。直升机旋翼 桨叶电热防 /除冰系统 ( 更 准确地说应该是电热除 冰系统 ) 一般是指: 机载发电机产生的电流流过旋 翼桨叶表面下方的电阻丝时会产生大量热量, 进而 使旋翼桨叶表面上的冰层出现部分融化, 冰层在气 动力和离心力等作用下最终实现脱落, 从而达到除 冰的目的。
文献标识码: A
D evelopm ent of Black H awk H elicopter Rotor Blade Anti- / De - icing System
YANG Changw ei1, ZHANG G onghu2, SUN T ao1, L IU W eiguang1
( 1. Ch ina H e licopter R esearch and D eve lopm ent Institu te, Jingdezhen 333001, Ch ina 2. A rm y A v iation Departm ent of the PLA G eneral StaffM ilitary R epresentative O ffice in Jingdezhen Reg ion, Jingdezhen 333002, China)
本文介绍了应用最为广泛和成熟的黑鹰直升机 ( UH - 60A) 旋翼桨叶电热防 /除冰系统发展的历程 和设计特点, 并与黑鹰直升机改进型 UH - 60M 上 所安装的电热防 /除冰系统进行了对比, 为国内正在 进行的直升机旋翼桨叶防 /除冰系统研究提供一定 借鉴和参考。
1 UH - 60A 电热防 /除冰系统发展历程
38
直升 机技 术
总第 166期
结冰会导致气动外形变坏, 升力减小, 振动水平增加 和迫降能力降低等一系列不利影响 [ 1, 2] , 危及飞行 安全, 使直升机的使用范围和时间受到限制。
为了解决直升机旋翼桨叶结冰问题, 使直升机 具备全天候、全地域飞行能力, 自 20世纪中叶起, 国 外许 多研 究机 构都 开展 了相 关 研究, 并 在 UH 60A /L、S- 92、AS332、NH - 90、M i- 8、M i- 17、M i26等众多型号上成功地安装了电热防 /除冰系统, 提高了直升机的安全性和可靠性。美国西科斯基公 司是世界上最早开展直升机防 /除冰技术研究的机 构之一, 至今已有约 65年的历史。西科斯基有关直 升机防 /除冰技术方面的研究主要集中在三个方面: 发动机进气道防 /除冰系统, 挡风玻璃防 /除冰系统 和旋翼桨叶防 /除冰系统。黑鹰直升机的电热防 /除 冰系统是西科斯基公司的代表作之一。
2011年第 1期
杨常卫, 张功虎, 孙 涛, 等: 黑鹰直升机旋翼桨叶防 /除冰系统研究
39
冰过程和加热过程中冰层的脱落情况, 并可以通过 改变电热丝的加热、断热时间来时时调整除冰效果。
1976年, 第一架军用黑鹰原型机在阿拉斯加进 行了 4小时的人工控制加热、断热时间的防 /除冰飞 行试验。该试验进一步确认了直升机在结冰环境中 飞行时安装电热防 /除冰系统的必要性, 以及装备有 电热防 /除冰系统的 UH - 60A 在结冰环境中飞行的 可行性。试验中的最大收获为: 观测到了靠近桨根 处未加热部分桨叶表面上冰层的形成过程, 以及由 于桨根处结冰而导致的扭矩增加现象。试验后, 研 究人员通过增加电热丝的展向覆盖面积来控制扭矩 的变化和冰层自然脱落问题。
( 1. 中国直升机设计研究所, 江西 景德镇 333001; 2. 总参陆航驻景德 镇地区军事代表室, 江西 景德镇 333002)
摘 要 旋翼系统是直升机的关键动部件之一, 旋翼桨叶结 冰会降低直 升机性能, 危及飞 行安全。为了 使直
升机具备全天候飞行能力, 有必 要在直升机上安装旋翼桨叶 防 /除冰 系统。黑鹰直 升机上装备 的电热防 除冰
础。 CH SS- 2 电 热防 /除冰 系统 的研 制始 于 1966 年, 由西科斯基公司与加拿大军方联合研制。 CH SS - 2直升机的每片主桨叶上的加热区域为 4个, 每 片尾桨叶上的加热区域为 1 个, 并先后在渥太华进 行了长达 20小时的结冰喷洒塔试验和 7个小时的 自然结冰环境飞行试验。
A bstract Roto r system is one o f the m ost im portant m oving parts of he licopter. T he icing rotor blades w ill decrease the effectiveness of the helicopter and endange the life of p ilo ts and passengers. In o rder to m ake the helicopter w ork in a ll- w eather, equ ipp ing rotor Anti- /De- ic ing system is necessary. T he Anti- /De- ic ing system o f B lack H awk H e licopter w as developped successfu lly by the S ikorsky Corporation in the last cen tury. In th is parper, the deve lopm ent progress and design characteristics o f Anti- /De- ic ing system of B lack H awk he licopter w ere described in deta i,l and the defferences of ro tor Anti - /De - icing system betw een UH - 60A and UH - 60M w ere compared. Th is parper cou ld be used for the reference o f the dom estic deve lopping An ti- /De- ic ing system. K ey words B lack H awk helicopter; HU - 60; E lectrotherm al Anti- /De- ic ing system; S ikorsky
2) 调整了桨叶加热面积, 即: 增加了主桨叶展向加热面积, 即将展向加热
起始位置由 35% R 改为 20% R; 增加了主桨叶弦向加热面积, 即将主桨叶上
20世纪 70年代, 美国军方提出 UTTAS ( U t il-i ty T actical T ranspo rt A ircraft System ) 的概念, 要求直 升机可以在温度高于 - 20 , 水滴 含量小于 1g /m3 的结冰环境中实现安全飞行。西科斯基公司凭借着
以往的研究基础, 特别是 CH SS- 2直升机旋翼桨叶 电热防 /除冰系统的研究经验, 获得了相关项目的开 发权。西科斯基公司充分利用了 CH SS- 2电热防 / 除冰系统研制过程中得到的经验, 并在该系统的基 础上进行了一些改进, 开发出了可以满足在中等强 度、持续结冰条件下使用要求的电热防 /除冰系统, 即黑鹰 直 升机 ( UH - 60A ) 的电 热 防 /除 冰 系 统。 UH - 60A 的电热防 /除冰系统中有关加热密度、加 热时间和断热时间等的计算, 都是根据 CH SS- 2电 热防 /除冰系统得到的。西科斯基公司最初设计的 第一架 UH - 60A 原型机上的四片主桨叶是同时进 行加热除冰的, 且只有桨叶外侧 ( 靠近桨尖处 ) 具有 电热丝, 而桨叶内侧 ( 靠近桨根处 ) 未安装 电热丝。 试验中, 操作人员可以通过仪器观察到桨叶上的结
0 Hale Waihona Puke Baidu言
随着直升 机性能的提高和人类活动范围的拓
展, 直升机在各个领域, 各个地域的应用不断扩大。 如在东北寒冷地区、西北高寒地区以及南极科考活 动中, 直升机经常会遇到结冰飞行环境。旋翼桨叶
收稿日期: 2010-02-28 作者简介: 杨常卫 ( 1982) , 男, 河南河南鹤壁人, 硕士, 工程师, 主要研究方向: 旋翼桨叶结构和动力学设计, 旋翼桨叶防 /除冰系统设计。
1) 为了降低电热防除冰系统的耗电量, 将四片 主桨叶同时加热改为相对两片桨叶循环加热。主桨 叶耗电功率由原来的 25KW 降为 17. 5KW ( 注: 文献 [ 3] 中 该数 据为 15KW, 文 献 [ 4 ] 中该 数据 为 17. 5KW, 此处采用了文献 [ 4 ] 中的数据 ) , 加热密度为 3. 91W / cm2, 节省了 17. 5KW 的电功率。
根据西科斯 基公 司与 美国 空军 之间 的 协议, 1957 - 1958年之间, 西科斯基公司为 H - 34( 即 S - 58)直 升机旋翼桨叶研制电 热防 /除 冰系统。最
初设计的 H - 34每片主桨叶上有 8个加热区域, 加 热密度为 2. 8125 W / cm2; 每片尾桨叶上有 4个加热 区域, 加热密度为 3. 125 W / cm2。控制器根据结冰 探测器和外部的温度变化来实现对每个加热区域的
总 第 166 期 2011年第 1期
直 升 机 技术 HEL ICOPTER TECHN IQUE
文章编号: 1673-1220( 2011) 01-037-08
T ota l N o. 166 N o. 1 2011
黑鹰直升机旋翼桨叶防 /除冰系统研究
杨常卫 1, 张功虎 2, 孙 涛1, 刘伟光1
系统是美国西科斯基公司最早开发的比较成功的一 款旋翼防 /除冰系统。 详细介绍黑 鹰直升机旋 翼防 /除冰
系统的发展历程和设计特点, 对 比了 UH - 60A 和 UH - 60M 直升机上防 /除冰系统的异 同。
关键词 黑鹰直升机; UH - 60; 电热防 /除冰系统; 西科斯基公司
中图分类号: V 244. 1+ 5
调控。西科斯基的研究人员利用加拿大渥太华的结
冰喷洒塔进行了大量的旋翼桨叶除冰试验, 确定了 桨叶上所需的功率密度、加热区域分布、加热规律和
除冰效果。在 H - 34 的基 础上, 1957 - 1963 年之 间, 西科斯基又为美国海军研制了 H - 3直升机的 电热防 /除冰系统。H - 34和 H - 3的电热防 /除冰 系统几乎完全一样, 只是桨叶片数由 5片改为 4片。 1960年生产了一架 H - 3原型机, 并在 Eg lin的气候 控制室内进行了试验。H - 3的试验结果与 H - 34 的试验结果一致。西科斯基公司于 1963年交付给 美国海军 5架装备有电热防 /除冰系统的 H - 3 直 升机。H - 34 和 H - 3 直升机电热防 /除冰系统的 研制具有重要意义, 它们验证了电热防 /除冰系统的 可行性, 为 CH SS- 2( S- 61) 旋翼桨叶防 /除冰系统 的研制和在加拿大军用直升机中实现装备奠定了基
作为研究直升机旋翼桨叶防 /除冰技术最早的 机构之一, 西科斯基公司为了解决直升机旋翼桨叶 结冰问题, 在 1945- 1957年之间进行了大量的基础 研究 [ 3] , 获得了旋翼桨叶 表面水滴的运动 规律, 并 先后尝试了持续热气防 /除冰系 统 ( Continuous H ot A ir A nti- Icing )、疏 冰条 除 /冰 系统 ( Ice - Phob ic T ape De- Icing )、气胎防护罩 除冰系统 ( Pneum atic Boot De- ic ing) 和电热防 /除冰系统等, 最终选择了 电热防 /除冰系统作为直升机旋翼桨叶的防 /除冰方 法 [ 1, 2] 。使用电阻丝加热 的方法来 达到防 /除冰的 目的, 最初在工业上应用得比较普遍。直升机旋翼 桨叶电热防 /除冰系统 ( 更 准确地说应该是电热除 冰系统 ) 一般是指: 机载发电机产生的电流流过旋 翼桨叶表面下方的电阻丝时会产生大量热量, 进而 使旋翼桨叶表面上的冰层出现部分融化, 冰层在气 动力和离心力等作用下最终实现脱落, 从而达到除 冰的目的。
文献标识码: A
D evelopm ent of Black H awk H elicopter Rotor Blade Anti- / De - icing System
YANG Changw ei1, ZHANG G onghu2, SUN T ao1, L IU W eiguang1
( 1. Ch ina H e licopter R esearch and D eve lopm ent Institu te, Jingdezhen 333001, Ch ina 2. A rm y A v iation Departm ent of the PLA G eneral StaffM ilitary R epresentative O ffice in Jingdezhen Reg ion, Jingdezhen 333002, China)
本文介绍了应用最为广泛和成熟的黑鹰直升机 ( UH - 60A) 旋翼桨叶电热防 /除冰系统发展的历程 和设计特点, 并与黑鹰直升机改进型 UH - 60M 上 所安装的电热防 /除冰系统进行了对比, 为国内正在 进行的直升机旋翼桨叶防 /除冰系统研究提供一定 借鉴和参考。
1 UH - 60A 电热防 /除冰系统发展历程
38
直升 机技 术
总第 166期
结冰会导致气动外形变坏, 升力减小, 振动水平增加 和迫降能力降低等一系列不利影响 [ 1, 2] , 危及飞行 安全, 使直升机的使用范围和时间受到限制。
为了解决直升机旋翼桨叶结冰问题, 使直升机 具备全天候、全地域飞行能力, 自 20世纪中叶起, 国 外许 多研 究机 构都 开展 了相 关 研究, 并 在 UH 60A /L、S- 92、AS332、NH - 90、M i- 8、M i- 17、M i26等众多型号上成功地安装了电热防 /除冰系统, 提高了直升机的安全性和可靠性。美国西科斯基公 司是世界上最早开展直升机防 /除冰技术研究的机 构之一, 至今已有约 65年的历史。西科斯基有关直 升机防 /除冰技术方面的研究主要集中在三个方面: 发动机进气道防 /除冰系统, 挡风玻璃防 /除冰系统 和旋翼桨叶防 /除冰系统。黑鹰直升机的电热防 /除 冰系统是西科斯基公司的代表作之一。
2011年第 1期
杨常卫, 张功虎, 孙 涛, 等: 黑鹰直升机旋翼桨叶防 /除冰系统研究
39
冰过程和加热过程中冰层的脱落情况, 并可以通过 改变电热丝的加热、断热时间来时时调整除冰效果。
1976年, 第一架军用黑鹰原型机在阿拉斯加进 行了 4小时的人工控制加热、断热时间的防 /除冰飞 行试验。该试验进一步确认了直升机在结冰环境中 飞行时安装电热防 /除冰系统的必要性, 以及装备有 电热防 /除冰系统的 UH - 60A 在结冰环境中飞行的 可行性。试验中的最大收获为: 观测到了靠近桨根 处未加热部分桨叶表面上冰层的形成过程, 以及由 于桨根处结冰而导致的扭矩增加现象。试验后, 研 究人员通过增加电热丝的展向覆盖面积来控制扭矩 的变化和冰层自然脱落问题。
( 1. 中国直升机设计研究所, 江西 景德镇 333001; 2. 总参陆航驻景德 镇地区军事代表室, 江西 景德镇 333002)
摘 要 旋翼系统是直升机的关键动部件之一, 旋翼桨叶结 冰会降低直 升机性能, 危及飞 行安全。为了 使直
升机具备全天候飞行能力, 有必 要在直升机上安装旋翼桨叶 防 /除冰 系统。黑鹰直 升机上装备 的电热防 除冰
础。 CH SS- 2 电 热防 /除冰 系统 的研 制始 于 1966 年, 由西科斯基公司与加拿大军方联合研制。 CH SS - 2直升机的每片主桨叶上的加热区域为 4个, 每 片尾桨叶上的加热区域为 1 个, 并先后在渥太华进 行了长达 20小时的结冰喷洒塔试验和 7个小时的 自然结冰环境飞行试验。
A bstract Roto r system is one o f the m ost im portant m oving parts of he licopter. T he icing rotor blades w ill decrease the effectiveness of the helicopter and endange the life of p ilo ts and passengers. In o rder to m ake the helicopter w ork in a ll- w eather, equ ipp ing rotor Anti- /De- ic ing system is necessary. T he Anti- /De- ic ing system o f B lack H awk H e licopter w as developped successfu lly by the S ikorsky Corporation in the last cen tury. In th is parper, the deve lopm ent progress and design characteristics o f Anti- /De- ic ing system of B lack H awk he licopter w ere described in deta i,l and the defferences of ro tor Anti - /De - icing system betw een UH - 60A and UH - 60M w ere compared. Th is parper cou ld be used for the reference o f the dom estic deve lopping An ti- /De- ic ing system. K ey words B lack H awk helicopter; HU - 60; E lectrotherm al Anti- /De- ic ing system; S ikorsky
2) 调整了桨叶加热面积, 即: 增加了主桨叶展向加热面积, 即将展向加热
起始位置由 35% R 改为 20% R; 增加了主桨叶弦向加热面积, 即将主桨叶上
20世纪 70年代, 美国军方提出 UTTAS ( U t il-i ty T actical T ranspo rt A ircraft System ) 的概念, 要求直 升机可以在温度高于 - 20 , 水滴 含量小于 1g /m3 的结冰环境中实现安全飞行。西科斯基公司凭借着
以往的研究基础, 特别是 CH SS- 2直升机旋翼桨叶 电热防 /除冰系统的研究经验, 获得了相关项目的开 发权。西科斯基公司充分利用了 CH SS- 2电热防 / 除冰系统研制过程中得到的经验, 并在该系统的基 础上进行了一些改进, 开发出了可以满足在中等强 度、持续结冰条件下使用要求的电热防 /除冰系统, 即黑鹰 直 升机 ( UH - 60A ) 的电 热 防 /除 冰 系 统。 UH - 60A 的电热防 /除冰系统中有关加热密度、加 热时间和断热时间等的计算, 都是根据 CH SS- 2电 热防 /除冰系统得到的。西科斯基公司最初设计的 第一架 UH - 60A 原型机上的四片主桨叶是同时进 行加热除冰的, 且只有桨叶外侧 ( 靠近桨尖处 ) 具有 电热丝, 而桨叶内侧 ( 靠近桨根处 ) 未安装 电热丝。 试验中, 操作人员可以通过仪器观察到桨叶上的结
0 Hale Waihona Puke Baidu言
随着直升 机性能的提高和人类活动范围的拓
展, 直升机在各个领域, 各个地域的应用不断扩大。 如在东北寒冷地区、西北高寒地区以及南极科考活 动中, 直升机经常会遇到结冰飞行环境。旋翼桨叶
收稿日期: 2010-02-28 作者简介: 杨常卫 ( 1982) , 男, 河南河南鹤壁人, 硕士, 工程师, 主要研究方向: 旋翼桨叶结构和动力学设计, 旋翼桨叶防 /除冰系统设计。