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
弁言——细节决定成败
在上世纪六十年代末西科斯基公司开始考虑“前行桨叶概念旋翼”（ABCRotor；AdvancedBladeConceptRotor）飞行器的时候 ， 他们对于这种新构型的复合式直升机的关注焦点主要还是在“共轴刚性双旋翼系统”上 ， 对于辅助推进装置 ， 他们的想法很简单：够用就行 。
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【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】图1XH-59A的出现见证了一种新构型高速直升机的诞生
于是在XH-59A——也就是西科斯基公司所打造的第一种共轴刚性旋翼复合式直升机——的打造过程中 ， 研制团队测试了多种复合推进装置 ， 其中不仅包括尾部推进螺旋桨 ， 还包括挂载在机身两侧的喷气发动机 。
在强调辅助推进装置推力的情况下 ， 研制团队甚至对这些“额外”辅助部件的重量性能估算不足 ， 导致XH-59A在加装辅助推进装置之后 ， 一度面临超载（总重超过最大起飞重量）而导致无法垂直起飞 ， 必须通过短距滑跑才能起飞的问题 。
当然 ， 这都是早期的略显“粗放”的设计和“试错型”制造过程中的小插曲 ， 随着西科斯基公司将“共轴刚性旋翼”技术推进到X2时代 ， 共轴刚性主旋翼+尾部推进螺旋桨的总体布局开始成为该系列复合式直升机的标配之后 ， 故事的发展脉络就开始变得更加清晰了 。
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图2S-97的高速飞行能力和许多机动动作都是需要尾部螺旋桨来实现的
尾部推进螺旋桨的优化设计工作显然已经成为该构型直升机的一项重点工作 。
要进行优化设计 ， 首先要进行的就是分析计算 ， 对于常规空气螺旋桨来说 ， 由于其不存在挥舞/摆振运动（或者说幅度相当小可以忽略不计） ， 也不存在这些运动和桨叶变距运动之间的耦合关系 ， 所以其分析工作本质上来说是要比旋翼系统来得简单一些 。
但是这个问题在S-97直升机上却又变得不一样了 ， 因为S-97复合式直升机的推进螺旋桨是位于该机的尾部的 ， 换言之 ， 在前飞过程中 ， 螺旋桨系统将会受到主旋翼系统和机身等系统所产生的尾迹涡流的影响 ， 从而使其气动特性分析的复杂程度显著提升 。
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图3实验测试中的S-97
等等 ， 似乎还漏了什么 ， 没错 ， 正如标题里所说的：“发动机排气”也会对尾部螺旋桨的气动特性带来一些改变 。 尽管我们在平时的研究过程中对于这个问题的关注并不多 ， 但是其影响确实实实在在的 。
在“美国陆航装备现代化”大背景下 ， 西科斯基、贝尔、波音等直升机巨头在高速性旋翼飞行器的竞赛已经进入了白热化阶段 ， 可以说 ， 如果不同的方案都能够满足需求指标 ， 并且其性能相差不是那么显著的话 ， 细节将会决定最终的成败 。 我认为这也是西科斯基公司从小处着手 ， 考虑这么多设计细节的重要原因 。
针对“发动机排气对尾部螺旋桨的气动影响”的研究 ， 正是西科斯基公司挖掘细节的 ， 也是本文的主要介绍内容 ， 下面 ， 请看正文 。
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图4正文主体内容的大致脉络
什么是“发动机排气”对尾推螺旋桨的影响？
所谓“发动机排气”对尾推螺旋桨的影响 ， 其实从本质上来说就是一个发动机排出气体与尾部推进螺旋桨之间的“气动干扰”问题 ， 虽然听起来很清晰 ， 但是这个问题却比想象中要来的复杂一些 。
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图5CH-53K直升机发动机排气设计缺陷曾成为该机的一个关键性能问题
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