倾转旋翼eVTOL/飞行汽车测试验证/倾转旋翼VTOL风洞测试综述

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。

欢迎关注微信公众号“eVTOL博士”和“eVTOL博士后”，更多内容恭候。

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）。