旋翼飞行器|S-97发动机排气影响螺旋桨性能？西科斯基高速直升机的细节追求( 二 ) 弁言——细节决定成败在上世纪六十年代

首先，发动机的排气并不是直接影响到尾部推进螺旋桨的，它还会受到主旋翼的尾迹流场的气动干扰影响，同时，飞行器机身上表面的几何外形也会改变发动机排气的向后运动和演变情况，从而都会对最终的结果带来影响。
其次，在尾部推进螺旋桨前侧，还存在水平尾翼和垂直尾翼，它们还有各自的操纵面（分别是升降舵和方向舵）这些部件的几何特征及其舵面偏转的角度，实际上也会影响到尾推螺旋桨的气动环境，从而影响其气动特性。
总的来说，如果想要对这种新构型复合式直升机进行“发动机排气对尾推螺旋桨气动干扰”的研究工作，很多细节的考虑是必不可少的。
为什么要研究“发动机排气”对尾推螺旋桨的影响？
新构型新设计势必会带来很多新的问题，对于常规直升机而言，其尾部是一个朝向侧方的尾桨（也有一些会有朝向斜上方的侧倾角，比如说黑鹰直升机），对于尾桨来说，发动机的排气对其的影响并不是那么显著。
而对于S-97这样的构型的复合式直升机来说，其发动机排气与尾部螺旋桨之间的关系可以说是“正当其冲” ，当大量的发动机废气从排气口涌出之后，不得不考虑这些气体对于位于其后方的气动部件的影响，这些影响包括两个方面，一个是气动性能，另一个就是噪音。

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图6S-97一些独特的飞行机动动作都需要尾部螺旋桨的参与
对于S-97直升机来说，其尾部推进螺旋桨的主要功能涉及到两个方面，一个主要方面就是高速飞行的时候提供全机的主要推进力，从而实现高速飞行；另一个辅助方面就是改善全机的机动飞行能力，提供任意俯仰姿态的悬停、空中急停（此时螺旋桨就是空气刹车）、姿态保持状态下的倒飞等等。
从这段描述我们可以看出，在S-97的方案设计中，尾部推进螺旋桨其实是该机最重要的关键气动部件之一，为了提高这一关键气动部件的气动性能，势必要对影响其气动性能的因素进行分析。
在噪音方面，这个现象的影响其实是相对弱一些，主要对应的是城市复杂环境中的突击渗透和“巷战”情况下对于匿踪性能的要求，不过西科斯基公司的在S--97性能报告中曾经提出——在低速飞行的城市作战中，该机的尾部螺旋桨甚至可以直接停车，从而全面降低全机的噪音水平，在这种情况下，发动机排气对尾部螺旋桨的影响几乎可以忽略不计了，所以目前针对这方面降噪的研究工作还是相对很少的。
西科斯基是如何展开相应的研究工作的？
总的来说，西科斯基公司主要还是采用“计算流体力学“（CFD）方法进行的相关实验，相应方法是基于成熟软件建立的计算框架，其置信度是通过缩比模型的风洞数据和试飞数据来进行验证的。我之前是准备详细介绍一些西科斯基公司用来研究S--97气动特性的CFD方法和研究内容，抟了一些文字，但是由于最近事务较多而不能完稿，暂且用这篇开个头，会面慢慢补齐吧。
西科斯基公司在针对这一现象的CFD研究工作中，其主要工作是聚焦在对尾部螺旋桨及其周边部件的几何特征细节的复现方面。研究人员仔细绘制了发动机排气系统、水平尾翼和垂直尾翼等部件的操纵面的加入。

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图7S-97发动机排气对尾部部件气动干扰影响示意图
为了将涡轴发动机的输出边界条件应用到排气面的出口处，研究人员增加了朝上的排气系统的排气道和排气道叶栅片的几何形状。叶栅片的加入，对于准确模拟发动机排气口的流动分布及其对飞行器和螺旋桨载荷的影响是至关重要的。至于方向舵和升降舵的几何形状（主要涉及偏转角）则是根据每种配平状态下的实际试飞数据来确定的。这些操纵面的几何形状是可以旋转的，其网格也是根据不同的配平状态各自独立生成的。