直升機(jī)空氣動力學(xué)-第0章

1、直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 唐正飛唐正飛 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒 論 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動

2、力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 一、課程介紹一、課程介紹 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：滑流、葉素和渦流理論?；?、葉素和渦流理論。 參考資料：參考資料： 1 1 王適存王適存: :直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動

3、力學(xué) 2 2 J.Gordon Leishman:Principles of Helicopter Aerodynamics 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 二二 基本知識基本知識 直升機(jī)空氣動力學(xué)是闡明直升機(jī)（主要直升機(jī)空氣動力學(xué)是闡明直升機(jī)（主要 是它的旋翼）與周圍空氣相互的空氣動力現(xiàn)是它的旋翼）與周圍空氣相互的空氣動力現(xiàn) 象、研究直升機(jī)在不同飛行狀態(tài)下的氣動載象、研究直升機(jī)在不同飛行狀態(tài)下的氣動載 荷、估算直升機(jī)的飛行性能和分析直升機(jī)的荷、估算直升機(jī)的飛行性能和分析直升機(jī)的 飛行品質(zhì)的一門科學(xué)，從而有助于直升機(jī)及飛行品

4、質(zhì)的一門科學(xué)，從而有助于直升機(jī)及 其旋翼的設(shè)計其旋翼的設(shè)計。 。 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 1 1、直升機(jī)的發(fā)展直升機(jī)的發(fā)展 竹蜻蜓達(dá)竹蜻蜓達(dá)芬奇旋翼設(shè)想（畫）西芬奇旋翼設(shè)想（畫）西 爾瓦西科斯基爾瓦西科斯基VS-300(R-4)(1942)VS-300(R-4)(1942)貝爾的貝爾的 貝爾貝爾-47(1946)-47(1946)，完成直升機(jī)的發(fā)明、制造和使用。，完成直升機(jī)的發(fā)明、制造和使用。 其后，直升機(jī)向多用途、多形式等方向發(fā)展。其后，直升機(jī)向多用途、多形式等方向發(fā)展。 數(shù)量和技術(shù)不斷提高，當(dāng)今世界擁有數(shù)萬架直升

5、數(shù)量和技術(shù)不斷提高，當(dāng)今世界擁有數(shù)萬架直升 機(jī)，速度達(dá)機(jī)，速度達(dá)350KM/H350KM/H，重量達(dá)，重量達(dá)100T100T以上。以上。 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 三三 直升機(jī)簡述直升機(jī)簡述 1 1、直升機(jī)概念、直升機(jī)概念 2 2、直升機(jī)結(jié)構(gòu)、直升機(jī)結(jié)構(gòu) 3 3、直升機(jī)分類、直升機(jī)分類 4 4、直升機(jī)用途、直升機(jī)用途 5 5、直升機(jī)發(fā)展、直升機(jī)發(fā)展 6 6、各國直升機(jī)簡介、各國直升機(jī)簡介 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 1 1、直升機(jī)概念、直升機(jī)概念

6、 （1）特征：旋翼作為升力主要來源特征：旋翼作為升力主要來源 垂直起落、空中懸停垂直起落、空中懸停 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 1 1、直升機(jī)概念、直升機(jī)概念 （2）直升機(jī)與旋翼機(jī)和垂直起落飛機(jī)的區(qū)別直升機(jī)與旋翼機(jī)和垂直起落飛機(jī)的區(qū)別 旋翼機(jī)旋翼機(jī) 垂直起落飛機(jī)垂直起落飛機(jī) 直升機(jī)直升機(jī) 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 1 1、直升機(jī)概念、直升機(jī)概念 （3）直升機(jī)、直升飛機(jī)、飛機(jī)直升機(jī)、直升飛機(jī)、飛機(jī) 直升機(jī)直升機(jī)直升飛機(jī)直升飛機(jī) 直升機(jī)直升機(jī)飛機(jī)飛機(jī)

7、 直升機(jī)是一種直升機(jī)是一種 特殊的飛行器特殊的飛行器 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2 2、直升機(jī)結(jié)構(gòu)、直升機(jī)結(jié)構(gòu) （1 1）、）、旋翼旋翼 （2 2）、）、尾槳尾槳 （3 3）、）、機(jī)身機(jī)身 （4 4）、）、起落架起落架 （5 5）、）、發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī) （6 6）、操縱機(jī)構(gòu)操縱機(jī)構(gòu) 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 3 3、直升機(jī)分類、直升機(jī)分類 （1 1）、）、按重量分類按重量分類 輕型輕型 多用途型多用途型 中型運(yùn)輸中型運(yùn)輸 重型重型 直升機(jī)空氣動力學(xué)

8、直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 3 3、直升機(jī)分類、直升機(jī)分類 （2 2）、）、按結(jié)構(gòu)形式分類按結(jié)構(gòu)形式分類 單旋翼單旋翼 共軸式雙旋翼共軸式雙旋翼 縱列式雙旋翼縱列式雙旋翼 橫列式雙旋翼橫列式雙旋翼 傾轉(zhuǎn)式雙旋翼傾轉(zhuǎn)式雙旋翼 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 4 4、直升機(jī)用途、直升機(jī)用途 （1 1） 軍用軍用 武裝攻擊、反潛、戰(zhàn)場救生、聯(lián)絡(luò)、巡邏、武裝攻擊、反潛、戰(zhàn)場救生、聯(lián)絡(luò)、巡邏、 運(yùn)輸、空降偵察等運(yùn)輸、空降偵察等 （2 2） 民用民用 救護(hù)、救災(zāi)、地質(zhì)勘探、森林防

9、護(hù)、設(shè)備吊救護(hù)、救災(zāi)、地質(zhì)勘探、森林防護(hù)、設(shè)備吊 裝、滅蟲等裝、滅蟲等 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 5 5、直升機(jī)發(fā)展、直升機(jī)發(fā)展 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 四四 旋翼一般概念旋翼一般概念 1 1、旋翼結(jié)構(gòu)、旋翼結(jié)構(gòu) 2 2、旋翼分類、旋翼分類 3 3、旋翼作用、旋翼作用 4 4、旋翼參數(shù)、旋翼參數(shù) 5 5、旋翼氣動環(huán)境、旋翼氣動環(huán)境 6 6、直升機(jī)空氣動力學(xué)簡介、直升機(jī)空氣動力學(xué)簡介 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科

10、技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 1 1、旋翼結(jié)構(gòu)、旋翼結(jié)構(gòu) 旋翼由槳葉、槳轂、旋翼由槳葉、槳轂、 鉸鏈、槳軸等部件構(gòu)成鉸鏈、槳軸等部件構(gòu)成 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2 2、旋翼分類、旋翼分類 旋翼一般分：蹺蹺板式、旋翼一般分：蹺蹺板式、 鉸接式、無鉸式、軸承式等鉸接式、無鉸式、軸承式等 槳葉片數(shù)有：雙葉（延安二號）、三葉（直十一）、槳葉片數(shù)有：雙葉（延安二號）、三葉（直十一）、 四葉（直九）、五葉（直八）等四葉（直九）、五葉（直八）等 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

11、旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 3 3、旋翼作用、旋翼作用 產(chǎn)生向上的力以克服機(jī)重產(chǎn)生向上的力以克服機(jī)重 產(chǎn)生向前的水平分力使直升機(jī)向前產(chǎn)生向前的水平分力使直升機(jī)向前 產(chǎn)生其它分力及力矩保持直升機(jī)平衡或進(jìn)行機(jī)動產(chǎn)生其它分力及力矩保持直升機(jī)平衡或進(jìn)行機(jī)動 飛行飛行 若發(fā)動機(jī)空中停車，能自轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力，確保安全若發(fā)動機(jī)空中停車，能自轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力，確保安全 著落著落 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 4 4、旋翼參數(shù)、旋翼參數(shù) 旋翼直徑（旋翼直徑（D D）和半徑（）和半徑（R R） 旋翼旋轉(zhuǎn)時，葉尖所劃圓圈的旋翼旋轉(zhuǎn)時，葉尖所劃圓圈的 直

12、徑稱旋翼直徑。直徑稱旋翼直徑。 旋翼直徑一般在旋翼直徑一般在7 73535米之間。米之間。 特征剖面半徑：特征剖面半徑：r r7 70.7R0.7R 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 4 4、旋翼參數(shù)（續(xù)）、旋翼參數(shù)（續(xù)） 槳葉寬度（槳葉寬度（b b） 槳葉剖面的弦長稱為槳葉寬度槳葉剖面的弦長稱為槳葉寬度 對非矩形槳葉，用根梢比來表示對非矩形槳葉，用根梢比來表示 槳葉寬度的變化：槳葉寬度的變化： yc yc b b0 0/b/b1 111 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科

13、技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 4 4、旋翼參數(shù)（續(xù)）、旋翼參數(shù)（續(xù)） 旋翼實(shí)度（旋翼實(shí)度（） 各片槳葉實(shí)占面積與整個槳盤面積之比：各片槳葉實(shí)占面積與整個槳盤面積之比： 的數(shù)值在的數(shù)值在 0.040.110.040.11 之間。之間。 RRR bdr kbkbpj R 7 2 0 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 4 4、旋翼參數(shù)（續(xù)）、旋翼參數(shù)（續(xù)） 槳葉剖面安裝角（槳葉剖面安裝角（ ）和槳葉扭度（）和槳葉扭度（ ） 安裝角定義：翼型弦線相對于安裝角定義：翼型弦線相對于 構(gòu)造旋轉(zhuǎn)平面之傾角。構(gòu)造旋轉(zhuǎn)平面之傾角。 扭度定義：葉尖安裝角與扭度定義

14、：葉尖安裝角與 葉根安裝角之差。葉根安裝角之差。 通常在通常在5 5o o1010o o之間。之間。 任意半徑處的安裝角等于：任意半徑處的安裝角等于： 01 ) 1( 10 R r R r )7 . 0( 7 R r 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 4 4、旋翼參數(shù)（續(xù)）、旋翼參數(shù)（續(xù)） 槳距（槳距（ ） 槳距定義：特征剖面處的安裝角。槳距定義：特征剖面處的安裝角。 總距：旋翼各片槳葉的平均槳距?？偩啵盒砀髌瑯~的平均槳距。 旋翼轉(zhuǎn)速（旋翼轉(zhuǎn)速（n n）和角速度（）和角速度（ ） 葉尖速度在葉尖速度/p>

15、0米秒，即葉尖米秒，即葉尖MM數(shù)數(shù) 0.550.60.550.6。 7 30 n 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 4 4、旋翼參數(shù)（續(xù)）、旋翼參數(shù)（續(xù)） 旋翼參數(shù)的無因次化旋翼參數(shù)的無因次化 槳葉剖面所在的相對半徑：槳葉剖面所在的相對半徑： 槳葉的相對寬度：槳葉的相對寬度： 旋翼運(yùn)動的無因次化速度：旋翼運(yùn)動的無因次化速度： 拉力系數(shù)：拉力系數(shù)： 扭矩系數(shù)：扭矩系數(shù)： Rrr/ Rbb/ RVV/ 0 0 222 2 /RRTCT RRRPRRRMm kk 222 2 222 2 / 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論

16、 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 五、直升機(jī)空氣動力學(xué)簡介五、直升機(jī)空氣動力學(xué)簡介 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 直升機(jī)空氣動力學(xué)特點(diǎn)：復(fù)雜性直升機(jī)空氣動力學(xué)特點(diǎn)：復(fù)雜性 與航天比較與航天比較 高速高速 在大氣層中時間短在大氣層中時間短 低速低速 一直在大氣層中工作一直在大氣層中工作 干擾大、氣動環(huán)境復(fù)雜、控制難干擾大、氣動環(huán)境復(fù)雜、控制難 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 與固定翼飛機(jī)比較與固定翼飛機(jī)比較 高速高速 氣動環(huán)境均勻

17、、準(zhǔn)定常氣動環(huán)境均勻、準(zhǔn)定常 低速低速 氣動環(huán)境不均勻、非定常氣動環(huán)境不均勻、非定常 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 槳葉的相對速度槳葉的相對速度 （大小和方向）沿（大小和方向）沿 半徑各不相同槳葉半徑各不相同槳葉 的迎角沿半徑和方的迎角沿半徑和方 位各不相同位各不相同 旋翼槳葉氣動環(huán)境分析旋翼槳葉氣動環(huán)境分析 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 槳葉相對氣流速度（大小與方向）槳葉相對氣流速度（大小與方向） 旋翼槳葉氣動環(huán)境分析旋翼槳葉氣動環(huán)境分析 直升機(jī)空氣

18、動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 槳葉迎角分布（半徑與方位角）槳葉迎角分布（半徑與方位角） 旋翼氣動環(huán)境分析旋翼氣動環(huán)境分析 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 揮舞鉸、擺振鉸、變距軸揮舞鉸、擺振鉸、變距軸 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 基本問題基本問題 動態(tài)失速動態(tài)失速 旋翼旋翼/ /機(jī)身干擾機(jī)身干擾 旋翼槳旋翼槳/ /渦干擾渦干擾 跨音速流跨音速流 旋翼旋翼/ /尾槳尾槳/ /尾面尾面 干擾等干擾等 直升機(jī)空氣動力學(xué)直升機(jī)空氣動力學(xué) 緒論緒論 旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室旋翼動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 運(yùn)動的復(fù)雜性運(yùn)動的復(fù)雜性：直升機(jī)