直升机环量控制尾梁反扭矩系统在诸多方面的性能优于常规尾桨,但是由于功耗较高始终没有得到大规模应用。环量控制尾梁作为该系统的一个主要部件具备进行深度优化的潜力,它通过在一侧喷射气流引导利用附壁旋翼下洗流产生气动力以抵消旋翼反扭矩,使尾梁成为一个气动部件。本文从降低环量控制尾梁反扭矩系统功耗为出发点,建立了环量控制尾梁理论分析模型,通过理论分析对环量控制尾梁进行了系统的参数影响分析,并对比研究了不同狭缝形状和尾梁截面形状对侧向力的影响,根据计算结论设计了一套可在飞行中调整环量控制尾梁狭缝宽度和狭缝喷射速度的机构。为了验证计算结论和调整方案,本文还设计了一套反扭矩系统试验台架(包括一个环量控制尾梁反扭矩系统试验平台),并利用环量控制尾梁反扭矩系统试验平台进行了相关试验研究。作为背景,本文首先阐述了环量控制尾梁反扭矩系统的优缺点、研究现状及当前国内外研究所存在的不足和难点,提出本文的研究内容和方法。基于流体力学方法,本文采用二维定常不可压N-S方控制方程和可实现的湍流模型对环量控制尾梁进行建模分析,计算网格包含了尾梁的内部空间从而使模拟计算分析可以计入狭缝的影响。通过与试验数据对比验证了该计算方法具有较高的精确度,可以用于环量控制尾梁的分析研究。应用所建立的计算分析方法,对环量控制尾梁进行了系统的参数影响分析,分析的参数包括尾梁的工作参数(下洗流速度、狭缝喷射速度、狭缝迎角等)、狭缝几何参数(狭缝几何形状及各参数的大小等)及环量控制尾梁的截面形状等。研究发现提高狭缝喷射速度、减小喷射角、增大尾梁截面直径及采用双狭缝等方法能提高尾梁的侧向力并增强气流的附壁稳定性能。基于增加狭缝喷射速度或减小喷射角设想,本文设计了6种不同几何形状的狭缝并对比分析了各种狭缝的性能。分析结果显示,圆弧形狭缝由于喷射角可以达到接近0°并有利于提高喷射速度且其喷射气流与附壁下洗流之间不存在分层流动而成为最佳狭缝。对尾梁截面形状的分析发现,提高下洗流速度、减小喷射角及优化狭缝的缝位角有利于提高尾梁截面的优化效果,使非圆形截面的产生的侧向力高于圆形截面。但是非圆截面形状对环量控制尾梁的真正作用是其有利于抑制被本文称为“过喷现象”的气流附壁循环绕流现象。直升机常规飞行时的旋翼下洗流速度不高,比较容易因引发“过喷现象”使尾梁消耗更多的功耗却产生更小的侧向力。为了使对环量控制尾梁反扭矩系统的研究贴近工程实际,本文虚拟了一架参数与MD 520N相当的直升机,计算出其不同飞行状态下的旋翼下洗流速度及旋翼反扭矩,并据此通过尾梁侧向力对旋翼轴力矩最大化对环量控制尾梁的狭缝宽度、狭缝喷射速度和尾梁截面形状进行参数优选。优选结果显示在旋翼下洗流速度不同时,相应的使侧向力对旋翼轴力矩最大的狭缝喷射速度也是不同的,由此设计了一套可以根据旋翼下洗流速度、范围在直升机飞行中调整狭缝喷射速度、狭缝宽度、狭缝长度及轴向位置的机构,使环量控制尾梁的工作参数与旋翼下洗流速度及范围相匹配。最后,本文设计、加工了一套环量控制尾梁反扭矩系统试验平台,并采用风洞模拟旋翼下洗流,完成了环量控制尾梁反扭矩系统的模拟试验研究。试验证实了计算分析得出的高效狭缝迎角随其它参数变化以及狭缝宽度超过临界值后尾梁侧向力将下降等结论,并验证了通过调整狭缝宽度和狭缝喷射速度使环量控制尾梁反扭矩系统总是处于高效工作状态的可行性及其驱动机构的有效性。