直升機空氣動力學-渦流理論.

1、直升機空氣動力攀友系列一維光寧打描儀 電3“鄧誤第三章 垂Jt在行時的璃流理芯1、渦流基本概念2、旋翼渦系3、旋翼的誘導速度4、旋翼拉力和功率的修正系數友系列一締光寧和描儀 電話132818327582013 6 1 FK)C 24G C升力聞萌麾璃升力面的上.下氣流有壓差，在端部形成繞流（漩渦）。漩渦隨氣流延伸，成為升力面的尾渦。如機翼。當升力面的速度環(huán) 量改變時，有與升力面 平行的渦逸出，稱為脫 體渦。友系列一維光學打描儀 電話1328183275R 小”待感片ilJVh軼洛中毛壓低,的法丈 毛中的水汽凝雄為云, 具疥出澇的純跡。討論：你所見時的純渦及其形成的應因

2、友系列一維光寧打描儀 電話132818327582015 6 俺 F«c 24友系列一維光寧打描儀 電話132818327582015 6 l Fc 24友系列一維光寧打描儀 電話132818327582015 6 l Fc 24簡單的旋翼槳尖渦系懸停低速前飛高速前飛友系列一維光寧打描儀 電話132818327582015 6 l Fc 24友系列一維光寧打描儀 電話132818327582015 6 l Fc 24帯二戸常用的旋JI滿索牌空I 2J定掰索C經其滿案丿友系列一維光寧打描儀 電話132818327582015 6 l Fc 24友系列一維光寧打描儀 電話13281832

3、7582015 6 l Fc 24參照誘導流場，設定渦線或渦面的構成和形狀,友系列一維光寧打描儀 電話132818327582015 6 l Fc 24如：螺旋面渦系，園環(huán)渦系，偶極子渦系，渦柱渦系友系列一維光寧打描儀 電話132818327582015 6 l Fc 24友系列一維光寧打描儀 電話132818327582015 6 l Fc 24友系列一維光寧打描儀 電話132818327582015 6 l Fc 24根據流態(tài)顯示試驗得到的渦線形狀和位置，設定渦系結構。友系列一維光寧打描儀 電話132818327582015 6 l Fc 24友系列一維光寧打描儀 電話1328183275

4、82015 6 l Fc 24友系列=維光洼打描儀F也“低口山 友系列一維光寧打描儀 電話132818327582015 6 l Fc 24友系列一維光寧打描儀 電話132818327582015 6 l Fc 24實物原型數據采集三維垂構竺希貞.樣件原理分析一-功能外析-一改型設計產品制造仿貞校驗與修正友系列一維光寧打描儀 電話132818327582015 6 l Fc 24友系列一維光寧描儀 電話132818327582015 6 K F)gc 24數據采樂扌1描點公與標準標點云疊加厲比*j;扌一|描點公與數模吾加后比灼I打描后測星點厶尺寸f E友系列一維光滬打

5、描儀電“他口心2-3依據自由渦線在流場中 不受力條件，讓渦線隨氣流 自由延伸。流速分布與渦線形狀同 步迭代計算，逐步近似直至收斂。 計入了渦系形狀的畸變。討論：三類渦系的優(yōu)缺點和適用性友系列一維光寧描儀 電話132818327582015 6 K F)gc 243-2軸向億流中的旋課萊構成隼三戸施JtHI筒滿茶3-1基來假災除假定空氣是無粘性、不可壓縮的氣體外，還假定： 氣流是定常的（相當于無限多片槳葉）； 槳葉環(huán)量沿半徑不變（只在槳尖有尾渦逸出）； -不計徑向誘速、周向誘速對渦線延伸方向的影響； -軸向誘速對渦線延伸方向的影響，用槳盤處的等效 誘導速度來代表；旋翼槳

6、葉的揮舞角度角略去不計；友系列_維光寧打描儀電/wrz1）附著渦盤旋翼有*片槳葉，每片槳葉環(huán)量為廠, 假設*廠的總環(huán)量均勻分布在槳盤上， 即：在槳盤有無限多的強度無限小的 附著渦。槳盤平面上，中心角為"&的微元中， 附著環(huán)量為MT"兀o友系列一維光寧打描儀電話132818327582W5 6 花 F«c 24友系列一維光冒扌1描儀電話132818327582015 6 俺 Fgc 242）漿尖掰的0B棲TST在葉尖處，每個微元附著渦轉換成 一條槳尖渦順流逸出，它與槳盤圓周 形成aiTtanCV,/Q?）角度的螺旋線。 全部螺旋線槳

7、尖渦形成圓筒形渦面。友系列一維光冒扌1描儀電話132818327582015 6 俺 Fgc 243）中夾掰耒在葉根處，附著渦匯集成環(huán)量為k卩的 中央渦束沿軸進入。討論：中央渦束應多長？友系列一維光寧打描儀 電mopz¥四戸菜11平處眄軸向夠粵速度幵糞 渦的誘導速度用畢奧一沙瓦定理計算,一 r dsxldv =r4兀/3在直角坐標系中的三分量為rdv =(Ids -I ds ) x 4兀y ' y 嚴rd"嚴碩億加廠“行)r4-1釉向(向丿痔專速度名兒7圃筒漏面西軸向痔導理度 筒面上任一點A處的渦元乂 ,在 槳盤平面上點的軸向誘導速度為；d

8、v =嚴咯(-coV )(- ds cos 9) 4p I(/0sin/ )(亦osing) 人表示兒與佻之間的距離，e表示極弋 坐標軸到*的夾角。Ao (r.q)是渦元dS在槳盤平面上的投影 的所在點。友系列一纟作光學打描儀 電話I328183275R沏36俺心山把軸向誘導速度表達式加以整理，改寫為:kCidq cos(f - q "(血av _切z a； + b嚴先沿園筒面母線即y向積分，此時須采用代換0= w ,G罟從丿)叫=硏處噸川他祐7產=器心訕(*)扌再沿0積分,得整個圓筒渦面對點的誘速：*G W 叫cosq)訐(石)。友系列一維光冒扌1描儀電話1328183275820

9、15 6 俺 Fgc 24代入幾何關系式,Z0cos(/ q)= rcos(y g) r積分得:等(學)£【? 1 11卻8p Vj 2r友系列一維光洼打描儀 電話132818327582015 6 俺卩 pt 24友系列一維光洼打描儀 電話132818327582015 6 俺卩 pt 24o&GVV肖（渦筒外）當rv /（渦筒內）4p Vt友系列一維光學打描儀 電沏鄧次4-1-2中夾擒乘只激起周向誘導速度，不引起軸向速度分量。 4I3BB形附著滿11由于槳盤平面上渦線的“反對稱”關系， 不會在自身平面激起任何誘導速度°結論：垂直飛行狀態(tài)

10、，槳盤平面處的軸向誘導速度V；僅 由園筒渦面產生，在槳尖以外為0 ,槳尖以內為常數：I v y = 0當 r > r4PV.當4-2條It平面K的憊向和JBI向琛導速度4-2-1 HI筒 馮面旳痔導理度在直角坐標系內，誘導速度沿心n軸方向的分量為G嘰二力(幽仏)嘰二軒(lyd»1少,)轉換為周向V和徑向r分量|rfvv = dvx sinj + dvz cosydvr = dvx cosj + dvz sinj代入I及Hs的投影 得：友系列一維光了打描儀電沏“次=卜-cos(f y )+ 學sin(y q)yVy 切IVi=學熱hsin(f y )-

11、學cos(y q)yVy第一步，沿筒面母線(對)積分，得：=kGdq Zocosy) rWsin(j> - q)廠£V,/0Dv _ kGdq 厶sin(/ y ) rWcos(j - q)"亍"L /jTT l友系列一維光洼打描儀 電話132818327582015 6 俺卩 pt 24'升機空氣動力鼻第二步，沿方位角0積分，并注意到:(當!*> /)或 0 (當 1*V F)1 .rcoB(y q)Hq 1十"(沖2rr帀® E =r1 "cos(y q)dq = (_2)2p d/p r+ r ' 2

12、rr式中K E分別為第一和第二類橢圓積分佇竺三 其中模數k嚴陌T) E = 6： 2g 葉sinking,友系列一維光寧打描儀 電話132R1832758積分后得到圓筒渦面引起的徑向誘導速度kGrV2. 1 rr2+rv =-()()4p Vx p r+ r 2rr由于中心渦束及附著渦盤都不產生徑向誘導速度，此式 即整個圓筒渦系在槳盤平面引起的徑向誘導速度。AG1當(r> r);4p rv = 0當(r< r )422中心湛求的冊寫速度中心渦束不引起徑向誘導速度，只產生周向誘速友系列一維光寧打描儀電話132818327582015 6 1 F«c 24'升機空氣動

13、力鼻友系列一維光寧打描儀電話132818327582015 6 1 F«c 24'升機空氣動力鼻423 5E個BB筒湛耒向侈導速度中心渦束與圓筒渦面兩者的作用相加，即得整個渦系的周向誘速:友系列一維光寧打描儀電話132818327582015 6 1 F«c 24'升機空氣動力鼻友系列一維光寧打描儀電話132818327582015 6 1 F«c 24'升機空氣動力鼻"廠箸(r< r)Apr友系列締光寧打描儀電如”俺心心小結：軸向筒渦系在槳盤處的誘導速度ry = 0RGWy = J 4"

14、叫r> r當r< r徑向務學)凸丄4p V7! p r+ r(r+ r )22rrEl周向式中r計算此處的誘速卩渦柱半徑友系列一維光寧打描儀電話132818327582015 6 1 F«c 24練習題"匾出圓筒渦系所確定的槳盤平面處的旋翼誘導速度 各分量分布圖。注：對于兩種橢圓積分，若無數據表可查，可用 下列近似式：2 (1- k 瀘從 JkI= 747/(r+r)討論：所得誘速分布與滑流理論的有何異同？友系列一維光寧打描儀 電羽彳卩誤re 31程升機BD棲謀茶及捷磅導速度一般情況下，槳葉的環(huán)量沿槳葉 展向不是常值，而是沿徑向變化的。

15、一片槳葉的環(huán)量:每個圓筒渦面總環(huán)量:依據環(huán)量（渦強）守恒定理，在槳 葉附著渦變化處必然要逸出類似于槳 尖渦那樣的尾渦，它們形成無限多的 同心圓筒渦面，或說是實心渦柱。友系歹廠維光汁吧寫為無星綱形式_ JtQ(r)V = =式中 Vy = Vv/W? ; Q(r)= Q(r)/W?2同理，周向誘導速度為' © J)4龍 dp處昇、1 k(、dp)_= C(r)r 4岔一 kG")V =' 4pr結論：槳盤處的軸向及周向誘導速度皆正比于當地的槳葉環(huán)量。友系列_維光寧打描儀電話132818327582013 1 Fc 24帯六常架葉琢査及從JT抵力公天6-1槳葉環(huán)

16、量根據儒氏定理，葉素的升力為：dY=rWGlr 由葉素理論，葉素的升力為：dY = C -W2bdry 2 由此得槳葉的環(huán)量表達式：G =丄c Wb -C rb9 2 7 2 " 引入葉素理論的關系式，槳葉環(huán)量可表示為： U = c/b = a孔）尸二攀（f匕工L廳2222r討論：可否用此式計算槳葉的環(huán)量？友系列=維光寧打描儀 電話1328183275R /wpz直升機空氣動力孚&2耘見珊導速度設旋翼的入流合速度為飛行相對速度與旋翼等效誘導速度 之合，即« = %+%式中旋翼等效誘速 =務尋二4P %+%其中 二螂戶療/ 西則旋翼誘導速度可寫為rdr! rdr

17、76;_（ Z k G.1 丿 g 4pV0討論：試比較等效誘導速度與滑流理論計算值的異同引入等效誘導速度后，槳葉環(huán)可寫為汁尸三）戸 r 切V。+ %廠式中艮二四耐«= i/（i+） 18P %+%友系列一維光寧打描儀 電話132818327582015 花卩 pc 24友系列一維光寧打描儀 電話132818327582015 花卩 pc 24若已知槳葉的幾何參數、槳距和飛行狀態(tài)，就能算出環(huán) 量沿半徑的分布，并得到誘速分布。友系列二維光洋打描儀電話1328183275iW5o| 16-3扭力茶由葉素理論Cr2bdF0CT= -j(Cvcos&e- CvsinZ> JW2

18、Wr k -代入環(huán)量公式 <X = 1c Wh -C rh 則得2 5 2 ，旋il拉力系數的環(huán)量表達式CT = k- IGJdrP 0友系列一維光寧打描儀 電話132818327582015 花卩 pc 24直升&4拉力修正索致 gw此處由渦流理論導出。在葉素理論中，已得到 但修正系數併未給出,V I由 C 產 k p b CbdrWk -b.Cylp改寫為的脣而 k-G.k -iCr7Zr70.7= A Cr70.7 代入上式，再與先 前G式子對比，j p、bc可得：匚=3? 07蝌言時3 o 寸M友系列=維光寧打描儀 電2015 8 IS24直升機空氣動力71M-trV旋11助隼衆(zhòng)JK葉素理論已得出P = k& (dXcosb. + dYsin)VMrm. = A (C co妙.+ Cv sin bJW 2brdr p 2?k -K lCbr2drk ly.Chr2drp 1"門p o ?p 0即 mk = mkx + mky + mki友系列一維光寧打描儀電話升型阻功率:有效功率:誘導功率:=k 叫P切（匕+ %）討論:L回顧第二章中的備可