旋翼飞行器|CH-53K模型试验是如何为设计这巨无霸重型直升机服务的，以小见大( 二 )
下面这张图片给出的就是机身的垂直增重效应和拉力恢复效应 ， 两者的组合是如何影响全机的垂向力的 。 在这张图中 ， 旋翼扭矩是保持不变的 ， 但是由于机身的存在 ， 形成了“类地面效应” ， 从而导致了旋翼拉力的增大 ， 因此相当于抵消一了一部由于旋翼下洗而带来的机身垂直增重效应 。 而最小化全机的垂向力对于最大化系统的悬停效率是相当重要的 ， 而从初步模型试验结果可以看出 ， 在机身设计中 ， 一些细小的改动以及额外的装备和载荷的布置都都会对这个结果有着显著的影响 。
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图6全机垂向力随净拉力变化曲线
CH-53K的设计就是基于这些模型测试的结果来进行的 ， 而垂向力的测试结果也同时被用来更新飞行器的性能模型 ， 而为了实现模型测试数据向全尺寸模型的对应 ， CH-53E的缩比模型及试飞数据之间的映射关系就帮了大忙 ， 这一点在前文中已经介绍过了 。
主旋翼
当然 ， 对于CH-53K而言 ， 完整的缩比模型试验当然是不能少了尾桨的参与的 ， 为此试验团队随后开展的就是加入尾桨的缩比模型的量化数据分析 。 这部分试验有一个难点就是不管是主旋翼对尾桨还是尾桨对主旋翼的影响（产生的附加力）相对于其本身所产生的力的量级来说都是极小的 ， 有些数据甚至和“试验误差”的量级一致 ， 所以如果模拟真实飞行状态直接测试的话 ， 其结果往往是不准确的 。
所以试验团队采用了较为合理的控制变量法来进行相关数据的测量 。 举个例子 ， 为了测试尾桨对于主旋翼的影响 ， 首先把主旋翼配平到所需要的拉力和扭矩 ， 而尾桨则设置为零拉力 。 随后开始逐渐增加尾桨的拉力 ， 但是主旋翼的扭矩一直都保持不变 ， 然后测量主旋翼的拉力的改变 。 下面这张图就展示了这个例子的测试结果 。
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图7主旋翼拉力系数随尾桨/尾翼/机身所提供的反扭矩百分比变化散点图
试验中也测试了主旋翼和尾翼对于尾桨的气动干扰影响 。 下面这张图展示了单独尾桨和“尾桨＋垂直尾翼”分别平衡反扭矩情况下各自所产生的侧向力大小的对比 。 从图中可以看出 ， 完全配装好的缩比模型在相同尾桨扭矩的情况下产生的侧向力要更小一些 。
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图8单独尾桨和完整配置产生的侧向力大小对比图
下图展示的则是主旋翼对于尾桨的气动干扰影响 。 其测试方法是在尾桨工作在恒定拉力的情况下 ， 将主旋翼的拉力从零开始增大到一定的值 ， 并在此过程中测量尾桨的品质因子 。 该测试针对不同的尾桨拉力系数情况进行了重复试验 ， 其中最值得关注的情况就是尾桨反扭矩和旋翼扭矩平衡的时候 。 不过考虑到尾桨产生的力的量级和主旋翼产生的力的量级相比确实很小 ， 所以测试结果数据的离散度也比较高 。
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图9主旋翼对尾桨的气动干扰影响
前飞试验测试
CH-53K缩比模型的前飞测试是在2006~2007年间进行的 。 下图展示了2006年CH-53KRR旋翼和机身的缩比模型配置 ， 相比于早期的模型 ， 这个配置里面机身表面增加了许多凸体 ， 并对座舱形状进行了改进 。 在2007年的测试期间 ， 试验团队对机身进行了进一步的修改 ， 并且对SDD主旋翼进行了测试 。
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【旋翼飞行器|CH-53K模型试验是如何为设计这巨无霸重型直升机服务的，以小见大】图10CH-53KRR模型旋翼和机身的测试配置
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