直升機(jī)總體設(shè)計(jì)

1、直升機(jī)總體設(shè)計(jì)直升機(jī)總體設(shè)計(jì)授課教師：陳銘本課程的要求本課程的要求l本課程的主要任務(wù)是使學(xué)生掌握直升機(jī)總體設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、主本課程的主要任務(wù)是使學(xué)生掌握直升機(jī)總體設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、主要內(nèi)容、基本原則、主要方法和設(shè)計(jì)中的主要問題，了解現(xiàn)要內(nèi)容、基本原則、主要方法和設(shè)計(jì)中的主要問題，了解現(xiàn)代直升機(jī)總體設(shè)計(jì)水平和發(fā)展趨勢。代直升機(jī)總體設(shè)計(jì)水平和發(fā)展趨勢。l培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的工程設(shè)計(jì)思想，特別是學(xué)會從全局出發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的工程設(shè)計(jì)思想，特別是學(xué)會從全局出發(fā)，具有權(quán)衡、集成、協(xié)調(diào)和綜合的能力，學(xué)會與人溝通、交流具有權(quán)衡、集成、協(xié)調(diào)和綜合的能力，學(xué)會與人溝通、交流和協(xié)同工作，正確處理總體設(shè)計(jì)中的各種矛盾。和協(xié)

2、同工作，正確處理總體設(shè)計(jì)中的各種矛盾。l綜合運(yùn)用所學(xué)知識，緊密聯(lián)系實(shí)際。綜合運(yùn)用所學(xué)知識，緊密聯(lián)系實(shí)際。第一章第一章 緒論緒論l直升機(jī)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：直升機(jī)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)： 1）直升機(jī)設(shè)計(jì)是一門應(yīng)用科學(xué)。）直升機(jī)設(shè)計(jì)是一門應(yīng)用科學(xué)。 直升機(jī)總體設(shè)計(jì)是直升機(jī)設(shè)計(jì)學(xué)科的重要組成部分。直升機(jī)總體設(shè)計(jì)是直升機(jī)設(shè)計(jì)學(xué)科的重要組成部分。 2 2）綜合運(yùn)用了一系列基礎(chǔ)科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)和工）綜合運(yùn)用了一系列基礎(chǔ)科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)和工程技術(shù)的最新成果。程技術(shù)的最新成果。1.1 1.1 直升機(jī)設(shè)計(jì)的定義、任務(wù)和要求直升機(jī)設(shè)計(jì)的定義、任務(wù)和要求n任務(wù)：確定直升機(jī)的構(gòu)型、布局、結(jié)構(gòu)和其他各組成部分，以保證在一定的限度內(nèi)使直升機(jī)最有

3、效地滿足給定的技術(shù)要求。n要求： 1）要有明確的設(shè)計(jì)目標(biāo)，在分析、綜合的基礎(chǔ)上確定新機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)狀態(tài)； 2）要考慮主、客觀條件，處理好各種關(guān)系； 3）要有專門的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，比較完善的試驗(yàn)、試制基地。n定義：在現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上最佳地?cái)M定“技術(shù)文件”的過程。1.2 1.2 直升機(jī)設(shè)計(jì)的一般過程直升機(jī)設(shè)計(jì)的一般過程n直升機(jī)研制的階段可劃分為： 研制總要求論證階段、方案論證階段、工程設(shè)計(jì)階段、試制與試驗(yàn)階段、設(shè)計(jì)定型階段、生產(chǎn)定型階段 n 按照設(shè)計(jì)任務(wù)和內(nèi)容的不同及先后次序，直升機(jī)設(shè)計(jì)劃分為三個(gè)階段： 1）概念設(shè)計(jì)（Conceptural Design） 2）初步設(shè)計(jì)（Preliminary Design）

4、 3）詳細(xì)設(shè)計(jì)（Detail Design）概念設(shè)計(jì)（方案設(shè)計(jì)或總體設(shè)計(jì)）概念設(shè)計(jì)（方案設(shè)計(jì)或總體設(shè)計(jì)）主要工作內(nèi)容：主要工作內(nèi)容：1. 氣動(dòng)布局方案論證 2. 全機(jī)總體布局方案論證 3. 全機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案論證 4. 各部件和系統(tǒng)的方案論證 5. 全機(jī)重量計(jì)算、重量分配和重心定位 6. 全機(jī)配套附件和設(shè)備等成件的選擇和確定，新材料和新工藝的選擇和確定，對要求新研制的成件要確定技術(shù)要求和協(xié)作關(guān)系 概念設(shè)計(jì)階段的任務(wù)是依據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求形成對所設(shè)計(jì)直升機(jī)的構(gòu)思及基本概念，并擬定出能滿足設(shè)計(jì)要求的初步技術(shù)方案?，F(xiàn)代直升機(jī)設(shè)計(jì)都采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，因此，在這個(gè)階段中通?？梢赃x擇幾個(gè)方案進(jìn)行對比分析，經(jīng)過

5、充分論證后初步確定直升機(jī)的構(gòu)型和氣動(dòng)布置方案。初步設(shè)計(jì)（技術(shù)設(shè)計(jì)或打樣設(shè)計(jì)）初步設(shè)計(jì)（技術(shù)設(shè)計(jì)或打樣設(shè)計(jì)）主要工作內(nèi)容：主要工作內(nèi)容： 1. 氣動(dòng)方面 2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3. 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4. 總體布局 詳細(xì)設(shè)計(jì)（工程設(shè)計(jì)或零件設(shè)計(jì)）詳細(xì)設(shè)計(jì)（工程設(shè)計(jì)或零件設(shè)計(jì)）主要工作內(nèi)容：主要工作內(nèi)容： 繼續(xù)進(jìn)行性能、操穩(wěn)、氣動(dòng)、動(dòng)力學(xué)等方面的校核性試驗(yàn)，利用校核試驗(yàn)結(jié)果和由圖紙得到的重量、重心和慣量數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的性能、操穩(wěn)等方面的計(jì)算，同時(shí)根據(jù)正式的外載荷進(jìn)行零、部件的強(qiáng)度校核計(jì)算，提前進(jìn)行零構(gòu)件、部件的強(qiáng)度試驗(yàn)或有關(guān)的振動(dòng)試驗(yàn)。完成全機(jī)和零部件的重量、重心和慣量的計(jì)算，提交靜、動(dòng)力試驗(yàn)任務(wù)書和飛行試驗(yàn)任務(wù)

6、書。完成原型機(jī)試制所需的全部圖紙和技術(shù)文件完成原型機(jī)試制所需的全部圖紙和技術(shù)文件 ，包括：，包括： 零件圖、裝配圖、理論圖等和直升機(jī)各部件、各系統(tǒng)及全機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)、安裝、裝配工作所要的全部技術(shù)文件 。1.3 1.3 直升機(jī)總體設(shè)計(jì)工作的特點(diǎn)直升機(jī)總體設(shè)計(jì)工作的特點(diǎn) 直升機(jī)總體設(shè)計(jì)是指從概念設(shè)計(jì)到初步設(shè)計(jì)階段進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)的全過程，其最終目標(biāo)是給出最優(yōu)的新機(jī)總體方案，是直升機(jī)研制中最為重要的一個(gè)階段。 主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)：1.3.1 綜合與協(xié)調(diào)1.3.2 反復(fù)迭代、逐次逼近 1.3.3 創(chuàng)新性與科學(xué)性 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，作為高技術(shù)產(chǎn)品的直升機(jī)的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)技術(shù)和設(shè)計(jì)方法也發(fā)生了革命性的變

7、化。另一方面，新技術(shù)也推動(dòng)了航空科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，直升機(jī)新概念、新理論、新結(jié)構(gòu)、新的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，使得直升機(jī)設(shè)計(jì)趨于復(fù)雜化和綜合化，單純的總體設(shè)計(jì)、氣動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)的直升機(jī)設(shè)計(jì)概念已不能滿足現(xiàn)代直升機(jī)研制的要求。第二章第二章 直升機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)要求和評直升機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)要求和評價(jià)直升機(jī)設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)則價(jià)直升機(jī)設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)則 直升機(jī)設(shè)計(jì)的依據(jù)：直升機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)要求直升機(jī)設(shè)計(jì)的依據(jù)：直升機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)要求 軍用直升機(jī)：戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求 民用直升機(jī)：使用技術(shù)要求 直升機(jī)研制必須具有明確的指導(dǎo)思想：直升機(jī)研制必須具有明確的指導(dǎo)思想： 正確的研制指導(dǎo)思想應(yīng)充分考慮有關(guān)主客觀的條件，工程設(shè)計(jì)的一般

8、規(guī)律，還應(yīng)反映國家對直升機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的方針政策，各種用戶的要求，以及國內(nèi)外技術(shù)水平和動(dòng)向等一系列情況，并進(jìn)行綜合分析。 錯(cuò)誤的研制指導(dǎo)思想常常會將研制工作引入歧途，造成時(shí)間、財(cái)力和人力的大量浪費(fèi)。 應(yīng)該把確定正確的指導(dǎo)思想作為研制工作的首要問題來對待，并將其貫徹始終，以求達(dá)到預(yù)期目的。 2.1 2.1 直升機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)要求直升機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)要求2.1.1 2.1.1 直升機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)要求的主要內(nèi)容：直升機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)要求的主要內(nèi)容：1 1、直升機(jī)的任務(wù)使命或用途、直升機(jī)的任務(wù)使命或用途 （1）任務(wù)使命或用途 （2）使用環(huán)境條件2 2、主要裝載情況、主要裝載情況 （1）乘員組 （2）人員或貨物 （3）武器

9、（4）特種設(shè)備3 3主要飛行性能主要飛行性能（1）懸停升限（有地效，無地效）或垂直爬升率（2）使用升限或最大爬率（3）最大平飛速度（4）續(xù)航時(shí)間或航程（或活動(dòng)半徑）（5）單發(fā)停車性能（裝有多臺發(fā)動(dòng)機(jī)的情況）。4 4其他要求其他要求 起落場地，自轉(zhuǎn)著陸，水面起降，抗風(fēng)抗浪，運(yùn)輸條件，三防，機(jī)動(dòng)性，抗墜毀性，殘存性，維護(hù)性等等。 5 5、典型任務(wù)剖面（表示直升機(jī)完成典型任務(wù)的飛行航線綜合圖）、典型任務(wù)剖面（表示直升機(jī)完成典型任務(wù)的飛行航線綜合圖） 圖2-1 直升機(jī)的典型使用曲線T0在基地起動(dòng)； T1帶乘員、燃油重直起飛；T2爬高到巡航高度a；T3飛行d1距離后降落，裝載噸載荷；T4垂直起飛； T5

10、飛行d2距離，無地效懸停、卸載；T6返回基地； T7帶t分鐘余油著陸； 技術(shù)要求的論證：技術(shù)要求的論證：1.需求（作戰(zhàn)、使用），對軍用直升機(jī)還有威協(xié)分析；2.現(xiàn)有裝備存在的缺陷或不足；3.技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性分析；4.提出戰(zhàn)術(shù)技術(shù)（使用技術(shù)）要求；5.做出風(fēng)險(xiǎn)分析；6.明確研制計(jì)劃與周期。中程通用運(yùn)輸直升機(jī)（中程通用運(yùn)輸直升機(jī)（Medium-range Utility TransportMedium-range Utility Transport縮寫為縮寫為MUTMUT） 一、定義一、定義： 1、概述 2、任務(wù) 應(yīng)能完成的任務(wù)：基本任務(wù)和輔助任務(wù)二、特性：二、特性： 1、性能特性 （1）基本特性

11、（2）單發(fā)停車性能 （3）機(jī)動(dòng)性 （4）操縱性和穩(wěn)定性 （5）空氣動(dòng)力學(xué)特性2.1.2 2.1.2 直升機(jī)技術(shù)要求舉例直升機(jī)技術(shù)要求舉例2、設(shè)計(jì)特性（1）重量（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 3、可靠性4、維護(hù)性 5、可用率 6、環(huán)境條件 7、殘存性和易損性 8、使用壽命 三、設(shè)計(jì)與構(gòu)造：三、設(shè)計(jì)與構(gòu)造：1、材料性質(zhì) 2、殘存性 3、標(biāo)準(zhǔn)件和材料 四、各功能區(qū)的特點(diǎn)：四、各功能區(qū)的特點(diǎn)：1、機(jī)體 2、起落裝置 3、動(dòng)力系統(tǒng) 4、儀表和領(lǐng)航設(shè)備 5、航空電子設(shè)備 6、直升機(jī)地面移動(dòng) 7、貨物運(yùn)輸 2.1.3 2.1.3 特殊要求舉例特殊要求舉例撞擊部位撞擊次數(shù)%旋翼槳葉62052.5旋翼軸161.4尾 槳14

12、812.5尾 梁211.8風(fēng)擋玻璃484.0機(jī) 頭534.5起落架282.4機(jī) 翼20.2其他部位151.3不 詳23119.5總 計(jì)1182100表表2-2 2-2 直升機(jī)被撞部位統(tǒng)計(jì)直升機(jī)被撞部位統(tǒng)計(jì)2.2 2.2 設(shè)計(jì)規(guī)范、適航條例和設(shè)計(jì)定型設(shè)計(jì)規(guī)范、適航條例和設(shè)計(jì)定型 設(shè)計(jì)規(guī)范和適航條例：設(shè)計(jì)規(guī)范和適航條例：1、直升機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范和適航條例是在直升機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)踐過程中逐步形成的，它是直升機(jī)設(shè)計(jì)和使用實(shí)踐的積累和總結(jié) 2、它是設(shè)計(jì)過程中必須遵循的指令性文件，也是直升機(jī)設(shè)計(jì)定型或適航取證驗(yàn)收的依據(jù) 3、內(nèi)容包括設(shè)計(jì)情況、安全系數(shù)、過載、重量、重心、飛行載荷、著陸載荷、強(qiáng)度和剛度、動(dòng)力學(xué)特性、配平特

13、性、操縱性和穩(wěn)定性、飛行品質(zhì)、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)、飛行試驗(yàn)等4、它是通用性文件，在具體型號設(shè)計(jì)要適當(dāng)剪裁，形成型號設(shè)計(jì)規(guī)范， 并作為型號驗(yàn)收的依據(jù) 設(shè)計(jì)定型與適航審定：設(shè)計(jì)定型與適航審定：1、軍用直升機(jī)的設(shè)計(jì)定型由國家組織專門的定型委員會依據(jù)研制總要求和設(shè)計(jì)規(guī)范對新機(jī)研制全過程進(jìn)行審查、考核和驗(yàn)收，通過后頒發(fā)定型證書；2、民用直升機(jī)適航條例（CCAR-27部、CCAR-29部）是民用直升機(jī)最低安全標(biāo)準(zhǔn) 。民用直升機(jī)在適航管理上實(shí)施“型號合格證（TC證）、生產(chǎn)許可證（PC證）和單機(jī)適航證（AC證）”三證管理，民用直升機(jī)只有在該型號獲得型號合格證，單機(jī)又取得適航證后才能進(jìn)入民用市場。 2.3 2.3 評價(jià)直

14、升機(jī)設(shè)計(jì)方案的有效性準(zhǔn)則評價(jià)直升機(jī)設(shè)計(jì)方案的有效性準(zhǔn)則 為了對直升機(jī)總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評價(jià)和優(yōu)選，需要有一個(gè)評價(jià)準(zhǔn)則；一般最通用、最普遍或最廣義的有效性準(zhǔn)則就是這種直升機(jī)所完成的有效功與為研制和使用該直升機(jī)所花費(fèi)的總費(fèi)用之比效費(fèi)比。 當(dāng)一個(gè)總體方案能滿足戰(zhàn)術(shù)（使用）技術(shù)要求時(shí)，則認(rèn)為這個(gè)方案是可行的，但它不一定是最優(yōu)方案。對有效性準(zhǔn)則的一般要求：對有效性準(zhǔn)則的一般要求：盡可能全面地反映對直升機(jī)提出的各種要求；可以進(jìn)行定量分析；簡單明了，易于在研制階段運(yùn)用。第一級第一級包括功能有效性準(zhǔn)則，生產(chǎn)有效性準(zhǔn)則和使用有效性準(zhǔn)則。從完成基本任務(wù)的有效程度及其技術(shù)完善程度出發(fā)進(jìn)行評價(jià)的準(zhǔn)則是功能有效性準(zhǔn)則；

15、從結(jié)構(gòu)工藝性和生產(chǎn)條件出發(fā)進(jìn)行評價(jià)的準(zhǔn)則是生產(chǎn)有效性準(zhǔn)則；從使用品質(zhì)觀點(diǎn)來評價(jià)的準(zhǔn)則是使用有效性準(zhǔn)則。第二級第二級是從經(jīng)濟(jì)性觀點(diǎn)出發(fā)，評價(jià)一架直升機(jī)在使用時(shí)的經(jīng)濟(jì)性準(zhǔn)則。第三級第三級是從經(jīng)濟(jì)學(xué)觀點(diǎn)來評價(jià)一種機(jī)型在完成一定國民經(jīng)濟(jì)任務(wù)時(shí)的經(jīng)濟(jì)性準(zhǔn)則，它是最高一級的準(zhǔn)則。通常評價(jià)準(zhǔn)則分為三個(gè)層次（三級）：通常評價(jià)準(zhǔn)則分為三個(gè)層次（三級）：這種準(zhǔn)則一般主要反映三方面的因素：這種準(zhǔn)則一般主要反映三方面的因素：u生產(chǎn)率單位時(shí)間內(nèi)完成的有效工作量； u重量減輕程度一般用直升機(jī)總重量，空機(jī)重量和有效載荷之間的關(guān)系來表示；u從耗油量觀點(diǎn)來衡量直升機(jī)的經(jīng)濟(jì)性1 1、重量效率、重量效率定義：定義： （21） 其中

16、: Gtl總載荷，G總重優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：重量效率比較簡單，可以相當(dāng)明確地表示出一架直升機(jī)空機(jī)重量減輕的程度或結(jié)構(gòu)完善的程度 問題：問題：在評價(jià)直升機(jī)的運(yùn)輸效能時(shí)，可能會引起錯(cuò)誤GGGGGGGtlem一、功能有效性準(zhǔn)則一、功能有效性準(zhǔn)則2 2、生產(chǎn)率、生產(chǎn)率定義：定義： （22） 式中 A完成的工作量； Gci在i航線上運(yùn)輸?shù)呢浳镏亓浚?Li在i航線的航程； (Gc)m運(yùn)輸貨物重量的平均值； L運(yùn)輸貨物的總航程； T完成工作量A所花費(fèi)的總時(shí)間 ；TLGTLGTAZmCici)(stmtlrfTTTTT飛行生產(chǎn)率（飛行生產(chǎn)率（Z Zf f ）：）： 式中 KV表示平均飛行速度Vm與巡航速度VC之比；單

17、位空重的飛行生產(chǎn)率 和單位總重的飛行生產(chǎn)率 ： 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：比較全面問題：問題：未反映出氣動(dòng)和動(dòng)力裝置的完善程度CVmCmmCfmCffVKGVGTLGTAZ)()(/)(/GZZGZZftfcmfcmf)()(cmfZ )(tfZ)(（24）（25）3 3、米里準(zhǔn)則、米里準(zhǔn)則當(dāng)量航程(Leq ):式中 Gtl總載荷，為有效載荷； Gu和燃油量Gf之和； VC直升機(jī)巡航速度； qT小時(shí)耗油量； qL公里耗油量LtlTCtleqqGqVGL圖2-5 Leq相同的兩架直升機(jī)的貨運(yùn)量與航程的關(guān)系4 4、換算生產(chǎn)率、換算生產(chǎn)率式中 直升機(jī)的升阻比； 功率利用系數(shù)； 旋翼的效率； Cec巡航狀態(tài)的單位耗

18、油率； Gm任務(wù)載荷。Z) 82(27. 0)27. 0/(/ )(/ )(/)(2eccmVVeccVmLcVmLtfGCVGKKKKCGVKGGqGVKGGqZZXYK 圖2-6 米-6直升機(jī)換算生產(chǎn)率與航程的關(guān)系同時(shí)考慮了重量、氣動(dòng)力和動(dòng)力裝置的完善程度，以及總重的影響 。1 1、勞動(dòng)量、勞動(dòng)量式中 N該部件中的零件數(shù)量；n零件號； kn第n個(gè)零件的難度系數(shù)，kn=110； mn第n個(gè)零件所需工種數(shù)目； Gn第n個(gè)零件的重量 ；2 2、材料利用系數(shù)、材料利用系數(shù)k k k=零件重量/毛坯重量 它與工藝方法有密切關(guān)系，反映了設(shè)計(jì)師考慮工藝性的程度 41nnnNnGmk（2-9）（2-10）

19、二、生產(chǎn)有效性準(zhǔn)則二、生產(chǎn)有效性準(zhǔn)則技術(shù)維護(hù)工時(shí)比技術(shù)維護(hù)工時(shí)比 ：每飛行小時(shí)的技術(shù)維護(hù)量每飛行小時(shí)的技術(shù)維護(hù)量 ： 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)努力改善飛行前、后的維護(hù)工作和各種定期修理、更換等工作，降低技術(shù)維護(hù)勞動(dòng)量，使反映使用有效性的準(zhǔn)則值盡可能降低，從而改善直升機(jī)的使用維護(hù)性。 制造總工時(shí)技術(shù)維護(hù)總工時(shí)技術(shù)維護(hù)工時(shí)比 飛行小時(shí)數(shù)技術(shù)維護(hù)總?cè)藭r(shí)數(shù)量每飛行小時(shí)的技術(shù)維護(hù)（2-12）（2-11）三、使用有效性準(zhǔn)則三、使用有效性準(zhǔn)則例如：例如：運(yùn)輸型直升機(jī)： 成本/（噸公里）或 成本/（旅客公里） （2-13） 半經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)公式：式中 C成本； Gi部件重量（或其他特性參數(shù)）； F復(fù)雜程度系數(shù)； a,b統(tǒng)計(jì)分析所確

20、定的系數(shù)；FaGCbi（2-14）四、直升機(jī)使用的經(jīng)濟(jì)有效性準(zhǔn)則四、直升機(jī)使用的經(jīng)濟(jì)有效性準(zhǔn)則主要考慮以下內(nèi)容：主要考慮以下內(nèi)容：該型號技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景，技術(shù)效果和生產(chǎn)率；新機(jī)設(shè)計(jì)、制造和投入使用的周期；工業(yè)生產(chǎn)的可能性，技術(shù)和生產(chǎn)工藝發(fā)展的遠(yuǎn)景；新機(jī)生產(chǎn)規(guī)模和勞動(dòng)量；進(jìn)一步改進(jìn)結(jié)構(gòu)后所能達(dá)到的水平和發(fā)展趨勢；結(jié)構(gòu)材料的資源和遠(yuǎn)景；提供給工業(yè)部門的物力和人力的合理使用；技術(shù)裝備使用條件和新機(jī)應(yīng)用等方面的水平和發(fā)展遠(yuǎn)景；在技術(shù)使用范圍內(nèi)物力和人力資源的合理使用等。五、直升機(jī)使用的國民經(jīng)濟(jì)有效性五、直升機(jī)使用的國民經(jīng)濟(jì)有效性 最終評價(jià)要看效費(fèi)比直升機(jī)的使用效能與該直升機(jī)所花費(fèi)的總費(fèi)用之比 。 總費(fèi)用應(yīng)

21、是研制、生產(chǎn)、使用和保障費(fèi)用的總和，稱全壽命周期費(fèi)用（Lif-cycle cost）。 圖2-7 全壽命周期費(fèi)用的分布與決定 2.4 2.4 直升機(jī)的使用效能直升機(jī)的使用效能一、使用效能一、使用效能定義：定義：指該武器裝備完成預(yù)定作戰(zhàn)任務(wù)能力的大小。 武裝直升機(jī)作戰(zhàn)效能應(yīng)包括作戰(zhàn)能力、可用度、可靠度、保障度四個(gè)方面。 E=CADS式中： E效能； C作戰(zhàn)能力； A可用度； D可靠度； S保障度。圖2-8 軍用直升機(jī)作戰(zhàn)效能結(jié)構(gòu) 一般武裝直升機(jī)作戰(zhàn)效能可用任務(wù)能力、可用性和生存力三個(gè)關(guān)鍵要素來確定: EAH=PmPaPs式中 EAH武裝直升機(jī)作戰(zhàn)效能；Pm任務(wù)能力；Pa可用性；Ps生存力RAHR

22、AH6666作戰(zhàn)效能的結(jié)構(gòu)圖作戰(zhàn)效能的結(jié)構(gòu)圖1、可比性 2、綜合性 3、局限性三、使用效能評估方法三、使用效能評估方法 指數(shù)法評估使用效能被廣泛采用，這種方法結(jié)構(gòu)簡單，使用方便 。例：武裝直升機(jī)作戰(zhàn)效能 C=lnB+ln(1+A1)+ln(1+A2)+ln(1+A3)+ln(1+A4)式中： B機(jī)動(dòng)性指數(shù)； A1武器性能指數(shù)； A2探測設(shè)備性能指數(shù)； A3電子對抗設(shè)備性能指數(shù)； A4生存能力指數(shù)二、使用效能評估的特點(diǎn)二、使用效能評估的特點(diǎn)序號機(jī) 型機(jī)動(dòng)性能武器性能探測能力隱蔽系數(shù)裝甲系數(shù)電子對抗綜全作戰(zhàn)效能1500MC4.082.800.01.051.01.02.892BO-1054.362.

23、970.00.961.01.02.743S-342M5.173.020.00.931.01.02.824OH-58C4.350.760.00.91.11.12.225AH-1S4.464.210.00.851.11.23.516AH-64-15.504.1921.780.811.21.257.837AH-645.5023.7521.780.811.21.259.728米-244.5812.554.840.751.31.26.99米-28-14.973.3013.340.781.31.26.4410米-284.9725.9913.340.781.31.28.511A-129-15.281.565

24、.600.911.11.25.412A-1295.284.05.600.911.11.26.21表表2-3 2-3 武裝直升機(jī)作戰(zhàn)效能評估舉例武裝直升機(jī)作戰(zhàn)效能評估舉例第三章第三章 直升機(jī)型式分析與選擇直升機(jī)型式分析與選擇直升機(jī)型式按以下原則分為三類：直升機(jī)型式按以下原則分為三類：1、按平衡旋翼反扭矩的不同方式分為：單旋翼帶尾槳、縱列式雙旋翼、橫列式雙旋翼、共軸式雙旋翼直升機(jī)等。2、按驅(qū)動(dòng)旋翼的不同方式分為：機(jī)械驅(qū)動(dòng)式、噴氣驅(qū)動(dòng)式直升機(jī)。3、按提供升力和拉力的不同方式分為：正常型式、帶翼式和復(fù)合直升機(jī)等。直升機(jī)構(gòu)型：直升機(jī)構(gòu)型： 直升機(jī)型式和不同總體布局方案的總稱 。圖3-1 不同型式的直升機(jī)

25、簡圖3.1 3.1 機(jī)械驅(qū)動(dòng)正常型式直升機(jī)機(jī)械驅(qū)動(dòng)正常型式直升機(jī)一、單旋翼帶尾槳式直升機(jī)一、單旋翼帶尾槳式直升機(jī)特點(diǎn)：特點(diǎn)：只有一付旋翼，依靠尾槳來平衡旋翼反扭矩 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1、技術(shù)成熟；2、結(jié)構(gòu)、操縱簡單；3、單機(jī)價(jià)格和使用成本較低缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1、尾槳和尾傳動(dòng)系統(tǒng)事故率高; 2、尾槳消耗的功率達(dá)到710% ；3、危及安全；4、振動(dòng)、噪聲源改進(jìn)措施：改進(jìn)措施：1、采用涵道尾槳、無尾槳系統(tǒng) ；2、采用雙旋翼直升機(jī)UH-60二、縱列式雙旋翼直升機(jī)二、縱列式雙旋翼直升機(jī)特點(diǎn)：特點(diǎn)：兩副旋翼沿機(jī)體縱軸前后排列，其旋轉(zhuǎn)方向相反，使反扭矩相互平衡 由于大直徑旋翼可能帶來一系列問題，所以對重型直升機(jī)希望用

26、兩個(gè)小旋翼代替一個(gè)大旋翼，又可不帶尾槳。1 1、從重量方面與單旋翼直升機(jī)比較：、從重量方面與單旋翼直升機(jī)比較：1）主減速器（假設(shè)G、p、R 和發(fā)動(dòng)機(jī)均相同） 單旋翼直升機(jī)：單旋翼直升機(jī)： 傳動(dòng)比：pGRnRRnnnieee30302式中: n2為旋翼轉(zhuǎn)速 CH-47主減速器重量：縱列式直升機(jī)：縱列式直升機(jī)：傳動(dòng)比：主減速器重量：所以 或2/ ii )2/(2)(11ifMifMGmd)(1ifMGmdmdmdGG2mdmdGG22）旋翼重量也可得到同樣結(jié)論：旋旋GG23）結(jié)構(gòu)重量 單旋翼： 尾梁斜梁尾槳傳動(dòng)系統(tǒng)尾槳 縱列式： 后旋翼塔協(xié)調(diào)軸中間減速器復(fù)雜的操縱系統(tǒng)1）對于重型直升機(jī)（G在700

27、08000千克以上），主減速器及旋翼重量所占比例較大，采用縱列式可以減少這些部件的重量，從而可降低結(jié)構(gòu)重量；2）對于輕型直升機(jī)，旋翼及主減速器的相對重量不會很大 ，對結(jié)構(gòu)重量的影響不會很大，而且操縱系統(tǒng)重量的增加還會起一些抵消作用，因此，效果不顯著； 3）縱列式直升機(jī)突出的優(yōu)點(diǎn)是其容許的重心變化范圍較大 。重量結(jié)論：重量結(jié)論：2 2、從氣動(dòng)方面與單旋翼直升機(jī)比較、從氣動(dòng)方面與單旋翼直升機(jī)比較條件：設(shè)計(jì)參數(shù)相同，總重相同1）由于縱列式直升機(jī)前飛時(shí)前旋翼對后旋翼存在氣動(dòng)干擾，使其誘導(dǎo)功率和單旋翼直升機(jī)有很顯著的不同 ；誘導(dǎo)功率：11GTNi前旋翼誘導(dǎo)功率：后旋翼誘導(dǎo)功率：總誘導(dǎo)功率：2/1GNif

28、)(2111tibGN1121tibifiGGNNN所以，縱列式直升機(jī)比單旋翼式直升機(jī)增加了一個(gè)附加誘導(dǎo)功率，其大小決定于干擾系數(shù) t圖3-2 縱列式直升機(jī)前旋翼對后旋翼的干擾作用圖3-3 ,1， 隨飛行速度V的變化情況圖3-4 縱列式與單旋翼式直升機(jī)誘導(dǎo)功率的比較 2）除了誘導(dǎo)功率以外，旋翼的需用功率的其它部分基本相同圖3-3 ,1， 隨飛行速度V的變化情況t1t3）除旋翼功率外，還有其它功率損失單旋翼直升機(jī)：尾槳功率損失，懸停最大縱列式直升機(jī)：懸停時(shí)兩旋翼有干擾，干擾會引起附加功率損失，干擾大小決定于兩旋翼間的距離。機(jī)身垂直阻力大圖3-5 縱列式與單旋翼式直升機(jī)需用功率的比較圖3-6 假想

29、機(jī)懸停時(shí)需用功率比較圖3-7 假想機(jī)前飛時(shí)需用功率比較圖3-9 假想機(jī)巡航速度特性比較 圖3-10 假想機(jī)使用升限比較 結(jié)論：結(jié)論： 1）縱列式適用于重型直升機(jī)）縱列式適用于重型直升機(jī) 2）縱列式直升機(jī)飛行力學(xué)和）縱列式直升機(jī)飛行力學(xué)和 動(dòng)力學(xué)問題更復(fù)雜動(dòng)力學(xué)問題更復(fù)雜圖3-8 假想機(jī)有效載荷和航程性能比較三、橫列式直升機(jī)三、橫列式直升機(jī)與單旋翼和縱列式比較：與單旋翼和縱列式比較：1）懸停狀態(tài)和垂直飛行狀態(tài)，橫列式機(jī)身和機(jī)翼對旋翼的氣動(dòng)干擾大2）前飛時(shí)兩旋翼存在氣動(dòng)干擾，與旋翼旋轉(zhuǎn)方向和旋翼間距有關(guān)3）動(dòng)力學(xué)問題復(fù)雜特點(diǎn)：特點(diǎn)：兩副旋翼及其動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)沿機(jī)體橫軸排列，旋轉(zhuǎn)方向相反 米12四、共

30、軸式雙旋翼直升機(jī)四、共軸式雙旋翼直升機(jī)圖3-13 單旋翼式和共軸式效率比較 Ka-50圖3-14 直升機(jī)效率與拉力系數(shù)的關(guān)系 圖3-15 共軸式旋翼相互誘導(dǎo)系數(shù) 圖3-16 幾種直升機(jī)尺寸比較 特點(diǎn)：特點(diǎn)：兩副旋翼上下共軸安放，反向旋轉(zhuǎn)，使反扭矩相互平衡 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1）懸停效率高； 2）縱向尺寸小； 3）氣動(dòng)力分布對稱，操縱效率高。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1）前飛時(shí)有氣動(dòng)干擾損失； 2）傳動(dòng)、操縱系統(tǒng)復(fù)雜。3.2 3.2 噴氣驅(qū)動(dòng)正常型式直升機(jī)噴氣驅(qū)動(dòng)正常型式直升機(jī)兩種類型：兩種類型：1、槳尖發(fā)動(dòng)機(jī)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) ；有沖壓式、脈沖式或渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、重量輕 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：單位耗油率大2

31、、壓氣機(jī)式（槳尖供氣式）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) （冷噴氣） 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：單位耗油率低，冷噴氣 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低結(jié)論：結(jié)論：1、噴氣驅(qū)動(dòng)型式在輕型直升機(jī)上采用不一定合理。 2、噴氣驅(qū)動(dòng)型式只適合于航程或續(xù)航時(shí)間較短的情況。 3.3 3.3 有翼式直升機(jī)及復(fù)合式直升機(jī)有翼式直升機(jī)及復(fù)合式直升機(jī)目的：目的：提高直升機(jī)的飛行速度 正常型式直升機(jī)最大飛行速度受三方面限制： 1）局部激波 2）氣流分離 3）槳盤前傾 有翼式直升機(jī)：有翼式直升機(jī)：特點(diǎn)：特點(diǎn)： 在正常型式直升機(jī)上安裝輔助機(jī)翼 。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 機(jī)翼提供了一部分所需升力，從而減輕了旋翼的載荷 ，提高直升機(jī)飛行速度局限性：局限性：1）增加了結(jié)構(gòu)重量；

32、 2）垂直阻力增加； 3）槳盤前傾大。圖321 大速度飛行時(shí)正常型式和有翼式直升機(jī)槳盤前傾的比較圖3-21 復(fù)合式直升機(jī)水平飛行時(shí)力的作用（旋翼自轉(zhuǎn)）圖3-22 幾種型式直升機(jī)平飛速度包線（功率限制）比較 特點(diǎn)：特點(diǎn)：不僅有機(jī)翼，還有推進(jìn)裝置優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1）前飛拉力由推進(jìn)裝置提供，槳盤前傾問題解決； 2）氣動(dòng)效率提高。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1）結(jié)構(gòu)重量增加 2）仍然存在氣流分離（反流區(qū)擴(kuò)大）結(jié)論：結(jié)論：1 1、兩種型式都只適合于飛行速度要、兩種型式都只適合于飛行速度要求較大的情況。求較大的情況。2 2、兩種型式更適合航程要求較大的、兩種型式更適合航程要求較大的情況。情況。復(fù)合式直升機(jī)：復(fù)合式直升機(jī)：3.

33、4 3.4 傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器圖3-24 V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)和旋翼傾轉(zhuǎn)過程特點(diǎn)：特點(diǎn)：1）將直升機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和固定翼飛 機(jī)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來； 2）旋翼可在90范圍內(nèi)傾轉(zhuǎn)速度可達(dá)到：速度可達(dá)到：500km/h以上航程達(dá)到：航程達(dá)到： 3000km 常規(guī)直升機(jī)的最大飛行速度一般難以突破370km/h3.5 3.5 直升機(jī)型式選擇直升機(jī)型式選擇1、任何一種型式的出現(xiàn)都主要是為了解決某一方面的問題，滿足某種需要；2、噴氣驅(qū)動(dòng)、復(fù)合式、傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)等都還在探索、試驗(yàn)階段；3、單槳式直升機(jī)仍然是主流；4、型式選擇與經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。第四章第四章 直升機(jī)主要參數(shù)分析與選直升機(jī)主要參數(shù)分析與選擇擇直升機(jī)主要參數(shù)直升

34、機(jī)主要參數(shù)總體參數(shù)，是總體方案的設(shè)計(jì)變量，對方案有著決定性的影響。主要包括：主要包括：直升機(jī)總重G、槳盤載荷p、功率載荷q、旋翼實(shí)度 和槳尖速度R等 1 1）槳盤載荷）槳盤載荷p旋翼的拉力（近似等于G）與旋翼槳盤面積之比2 2）功率載荷）功率載荷qP和q值可定義為：2RGp)0(/eNGq 2)(21RCpT)(1000RmCAqkT（41）（42）（43）（44）4.1 4.1 概述概述由（43）和（44）得到：00025.156521000AApq圖4-1 槳盤載荷對功率載荷的影響其中：02/30/21kTmC（45）（46）kTmCApq2/3210002dRrbk3 3）旋翼實(shí)度）旋翼

35、實(shí)度對于矩形槳葉Rkb4 4）槳尖速度）槳尖速度R R確定后，槳尖速度決定旋翼軸轉(zhuǎn)速n（47）4.2 4.2 直升機(jī)主要參數(shù)對需用功率的影響直升機(jī)主要參數(shù)對需用功率的影響引入兩個(gè)參數(shù)： 槳葉載荷 全機(jī)單位廢阻/ppbGSCCxx 以單旋翼式直升機(jī)為例，由直升機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)可以得出旋翼單位需用功率 （千瓦/牛）的近似表達(dá)式：1 1、懸停情況、懸停情況GNNrr/pJRCCkkNyxTpr25.15651)(10004377ipryxNNpBRCCB2771)(（48）2 2、前飛情況、前飛情況 當(dāng) ，且假定1 . 0001VVVdx 其中 /R為槳盤處氣流合速度的相對值， /R為前飛速度的相對值，

36、 /R為槳盤處等效軸向誘導(dǎo)速度的相對值。 11VV 00VVdxdx3007721000225. 124501100043VCpVJRCCkkNxyxTprpaiprNNN（千瓦/牛） （49）而 kp，kT，J，等系數(shù)的定義與直升機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)中相同?？梢钥闯觯嚎梢钥闯觯?1）單位誘導(dǎo)功率僅受槳盤載荷p的影響，與其他參數(shù)無關(guān)。p增加時(shí)單位誘導(dǎo)功率也增加。當(dāng)飛行速度V0增加時(shí)單位誘導(dǎo)功率迅速減小。隨著飛行高度增加，空氣相對密度減小，單位誘導(dǎo)功率也會增加。 2）單位型阻功率 ，決定于諸多主要參數(shù)，而這些參數(shù)的影響則比較復(fù)雜。 GNNprpr/iNGNNii/GNNpapa/771/yxprCRCB

37、N其中 單位型阻功率； 及 單位誘導(dǎo)功率； 單位廢阻功率。（1 1）垂直飛行）垂直飛行 單位型阻功率決定于槳葉特征剖面處（ ）的阻升比 及槳尖速度R。阻升比 決定于翼型升力系數(shù)Cy7 7 . 0r77/yxCC77/yxCC20207)()(RkpARkpACTbTy(4-10) 對于一定的翼型，在一定的Cy下，阻升比最小時(shí)所對應(yīng)的Cy記作Cyopt。假如Cy7正好等于Cyopt，槳葉載荷恰好等于式（4-11）所確定的pbopt，此時(shí)阻升比 達(dá)到最小值（ ）min 77/yxCCyxCC /圖4-2 Cx/Cy及Cx和Cy的關(guān)系（2 2）前飛狀態(tài)）前飛狀態(tài) 1）直升機(jī)達(dá)到一定前飛速度時(shí)，后行槳

38、葉槳尖迎角超過了翼型臨界迎角時(shí)，就開始出現(xiàn)氣流分離。一旦出現(xiàn)氣流分離式（4-10）就不再適用了。隨著氣流分離的出現(xiàn)及擴(kuò)展，由于分離區(qū)翼型阻力系數(shù)的急劇加大，型阻功率就會很快增加。 圖4-3 氣流分離限制圖4-4 Cx與M數(shù)的關(guān)系2）在前飛時(shí)還必須考慮局部激波對單位型阻功率的影響。假如前行槳葉槳尖的M數(shù)超過了臨界值Mc，由于激波的出現(xiàn)，翼型阻力系數(shù)Cx就會急劇加大 前行槳葉槳尖M數(shù)可用下式表示 ：saRVM0(4-12)主要結(jié)論主要結(jié)論：1）隨著直升機(jī)飛行速度的增加，誘導(dǎo)功率不斷減小，廢阻功率迅速增加。而由于kp的變化，型阻功率略有增加。2）槳盤載荷p只影響單位誘導(dǎo)功率。 圖4-5 典型旋翼單位

39、需用功率曲線圖4-6 槳盤載荷p對需用功率的影響3）全機(jī)單位廢阻 僅對飛行速度較大時(shí)的總需用功率有較大的影響。 4）單位型阻功率主要決定于槳尖速度R及槳葉載荷pb，它在整個(gè)飛行范圍內(nèi)都占有一定的比重。 圖4-7 單位廢阻對需用功率的影響 圖4-8 氣流分離對需用功率的影響 xC4.3 4.3 直升機(jī)主要參數(shù)對飛行性能的影響直升機(jī)主要參數(shù)對飛行性能的影響 分析直升機(jī)主要參數(shù)與懸停升限、垂直爬行速度、使用升限、最大爬升速度、最小自轉(zhuǎn)下滑速度、最大續(xù)航時(shí)間、最大航程和最大飛行速度等性能的關(guān)系。一、懸停升限一、懸停升限H HH H，垂直爬升速度，垂直爬升速度V Vyvyv 隨著懸停高度的增加，單位需用

40、功率 也會增加。但是發(fā)動(dòng)機(jī)可用功率Ne卻隨著高度增加而下降。到了某一高度，可用功率等于需用功率，這就是直升機(jī)的理論懸停升限，用HH表示rN 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出軸功率比直升機(jī)懸停需用功率大時(shí)，就有一部分剩余功率，于是有可能用作垂直上升飛行。 式中 功率利用系數(shù)； 海平面發(fā)動(dòng)機(jī)單位額定功率； Ae發(fā)動(dòng)機(jī)的高度特性系數(shù)，在海平面上為1。圖4-10 懸停升限的確定 圖4-11 對懸停升限的影響 )0(1eerNANG)0(1eerNAN (4-13)或rN)0(eN二、使用升限二、使用升限Hs，最大爬升速度，最大爬升速度Vymax，最小自，最小自轉(zhuǎn)下滑速度轉(zhuǎn)下滑速度Vymin及最大續(xù)航時(shí)間及最大續(xù)航時(shí)間Tma

41、x 這些性能都直接決定于直升機(jī)最經(jīng)濟(jì)狀態(tài)的需用功率最小需用功率 minrN)(1000min)0(maxreeyNNAVminmin1000ryNVminmaxrefNCGT(4-14)(4-15)(4-16) 使用升限等性能的分析與懸停升限相類似，其功率平衡關(guān)系式為 )0(min1eerNAN(4-17) 由（418）可以看出，槳盤載荷p對 有較大的影響，而全機(jī)單位廢阻對 的影響較小 ，是由于相應(yīng)于最經(jīng)濟(jì)狀態(tài)的飛行速度比較小，因此誘導(dǎo)功率及型阻功率占較大的比重，而廢阻功率所占比重較小。 minrNminrN由式（4-9）可以求出 的近似表達(dá)式 minrNppCBNNxprr4/14min)(

42、4-18)三、最大航程三、最大航程Lmax 圖4-12 直升機(jī)最經(jīng)濟(jì)及最有利飛行狀態(tài) 最大航程大致決定于 相當(dāng)于圖4-12需用功率曲線上的最有利狀態(tài) min)/(VNrminmax)/(VNCGLref(4-19) 最有利狀態(tài)的飛行速度顯然大于最經(jīng)濟(jì)狀態(tài)的飛行速度，這時(shí)誘導(dǎo)功率所占比重較小，而廢阻功率及型阻功率所占比重較大。相應(yīng)地，槳盤載荷對Lmax的影響也就較小，而全機(jī)廢阻及型阻功率的影響就比較大。四、最大飛行速度四、最大飛行速度Vmax 隨著飛行速度的增加，單位需用功率不斷增加。達(dá)到某一飛行速度，發(fā)動(dòng)機(jī)可用功率等于需用功率，這個(gè)飛行速度就是直升機(jī)的最大飛行速度。假如略去單位誘導(dǎo)功率，可得V

43、max的近似表達(dá)式：33)0(maxxpreeCBNNAV(4-20)(4-21)2）對于正常型式的直升機(jī)，還必須考慮到槳盤前傾對Vmax的限制；圖4-13 槳盤前傾與阻力的關(guān)系23 .35)(VCxrdrd3）提高直升機(jī)最大飛行速度最有效 的措施之一是設(shè)法降低單位廢阻 。 的降低不僅可以減小單位需用功率，而且可以減少槳盤前傾，對推遲氣流分離也有好處。 xCxC注意：注意：1）在很多情況下，氣流分離及局部激波對Vmax的限制更為嚴(yán)重； 槳盤前傾角（ ）大致可用下式表達(dá):1）槳盤載荷p對于垂直飛行狀態(tài)及最經(jīng)濟(jì)狀態(tài)的性能影響最為顯著，對于最有利狀態(tài)的性能Lmax影響就不顯著，而對于最大飛行速度影響

44、很小；2）全機(jī)單位廢阻 的影響正好相反，對于最大飛行速度Vmax及最大航程Lmax有顯著的影響，對于經(jīng)濟(jì)狀態(tài)影響很小，對于垂直飛行狀態(tài)幾乎沒有影響；3）槳尖速度R及槳葉載荷pb直接影響型阻功率，對所有的飛行性能都有一定影響。此外，R及pb直接影響氣流分離及局部激波的出現(xiàn)，往往對最大飛行速度Vmax及使用升限Hs有嚴(yán)重的影響。xC結(jié)論：結(jié)論：xC4.4 4.4 直升機(jī)主要參數(shù)的選擇直升機(jī)主要參數(shù)的選擇直升機(jī)主要參數(shù)選擇的兩種途徑：直升機(jī)主要參數(shù)選擇的兩種途徑：1）根據(jù)使用技術(shù)要求，采用理論與統(tǒng)計(jì)分析相結(jié)合的方法；2）原準(zhǔn)設(shè)計(jì)法，即根據(jù)使用技術(shù)要求，選擇一個(gè)與新研直升機(jī)性能相類似的成熟的直升機(jī)作為

45、原準(zhǔn)機(jī)（參考樣機(jī)）。 一、直升機(jī)總重的初步確定一、直升機(jī)總重的初步確定 為了便于以后各階段設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行，有必要先確定總重的第一次近似值，這時(shí)就只能利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)公式來確定?？傊谿可用下式表示：fuGGGG(4-22) 燃油相對重量 可根據(jù)所要求的航程或續(xù)航時(shí)間來確定；在給定航程的條件下， 可按下式近似得出：LAGf410(4-23)fGfG 在給定續(xù)航時(shí)間T的條件下，同樣也可以按照近似公式計(jì)算相對燃油重量 ：pBTGf(4-24) 在某些情況，戰(zhàn)術(shù)（使用）技術(shù)要求中也可能規(guī)定了需要的懸停續(xù)航時(shí)間，這時(shí)可按相似的公式估算 ：pTBGf(4-25)fGfG1 1、 選擇槳盤載荷選擇槳盤載荷p

46、 p應(yīng)考慮的主要因素應(yīng)考慮的主要因素1）槳盤載荷直接影響滿足一定性能要求時(shí)需用功率的大小，也就是直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇。2）槳盤載荷的大小嚴(yán)重地影響直升機(jī)有效載荷占總重的比例。二、槳盤載荷二、槳盤載荷p p的選擇的選擇 加大槳盤載荷p使主減速器相對重量和槳葉相對重量減小，發(fā)動(dòng)機(jī)相對重量增大，燃油相對重量也略有增加，在不同總重和不同型式發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，計(jì)算隨p的變化關(guān)系，大致如圖4-14的曲線所示 圖4-14 槳盤載荷p的關(guān)系iG圖4-15 懸停時(shí)的旋翼洗流3）槳盤載荷p的大小對自轉(zhuǎn)下滑速度Vymin有顯著的影響；4）槳盤載荷過小對于總體布置、使用以至工藝等方面都會帶來不利的影響。槳盤載荷過大也會

47、給使用上帶來困難（圖415）。 2 2、槳盤載荷、槳盤載荷p p上、下限的確定上、下限的確定 從以上的分析可以看出，槳盤載荷的影響是多方面的，而且又是相互矛盾的。最主要的要求仍然應(yīng)該是提高直升機(jī)有效載荷對總重的比例 。 槳盤載荷選擇的基本要求可歸納如下：所選擇的槳盤載荷，應(yīng)在保證所要求的有效載荷及性能的前提下，使直升機(jī)的有效載荷在總重中所占比重最大，而在總體布置、使用、工藝等方面又不致引起較嚴(yán)重的困難。 uG圖4-16 pmin的確定 根據(jù)戰(zhàn)術(shù)（使用）技術(shù)要求所規(guī)定的主要性能要求，作出需用功率 與槳盤載荷p的關(guān)系曲線，如圖4-16所示。圖中最左方的交點(diǎn)對應(yīng)的p值就是槳盤載荷的最小值pmin，也

48、就是說選擇的槳盤載荷不應(yīng)小于這個(gè)數(shù)值。 )/(GNNrere 在某些情況下，槳盤載荷的最大值也會受到一定的限制。例如，對于單發(fā)直升機(jī)槳盤載荷的最大值往往受到自轉(zhuǎn)下滑速度Vymin的限制。 對于雙發(fā)或多發(fā)直升機(jī)，pmax的這個(gè)限制就不存在了。這時(shí)槳盤載荷的最大值可能受到懸停時(shí)旋翼洗流速度的限制，這個(gè)限制又往往與所設(shè)計(jì)直升機(jī)的使用條件有關(guān)。 在具體設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)的具體情況來確定，這時(shí)大致可以在具體設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)的具體情況來確定，這時(shí)大致可以遵循以下的原則遵循以下的原則: : 1）直升機(jī)總重越大，槳盤載荷也應(yīng)選得越大。 uG3）對以運(yùn)輸為主，而且對靜、動(dòng)升限有較高要求的直升機(jī)，擬選擇較小的槳盤載

49、荷。而對要求飛行速度高，機(jī)動(dòng)性好、功率又比較富裕的武裝直升機(jī)，則可選擇較大的槳盤載荷。 圖4-18 直升機(jī)槳盤載荷與總重的關(guān)系的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 2）采用渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，槳盤載荷可以選得大一些，這樣也可以獲得較大的 。三、槳尖速度三、槳尖速度RR及旋翼實(shí)度及旋翼實(shí)度 （或槳葉載荷（或槳葉載荷pb）的選擇）的選擇 在選定了R以后，根據(jù)氣流分離限制就可以確定槳葉載荷pb=p/ 。由R及Vmax可以得出max；由max根據(jù)直升機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)理論所提供的 曲線得到 ，由R、Cylj可得到槳葉載荷pb )(fCyljyljC02)(ACRkpyljTb(4-33) 一般R選擇區(qū)的約束如圖4-19所示。圖4-19

50、槳尖速度選擇區(qū)的約束這個(gè)pb值是氣流分離限制所容許的最大值。確定了pb以后，就可以由所選定的槳盤載荷確定實(shí)度bpp/(4-34)圖4-3 氣流分離限制四、槳葉片數(shù)選擇四、槳葉片數(shù)選擇五、發(fā)動(dòng)機(jī)功率選擇五、發(fā)動(dòng)機(jī)功率選擇 從理論上講，直升機(jī)飛行狀態(tài)的設(shè)計(jì)點(diǎn)應(yīng)該和發(fā)動(dòng)機(jī)功率狀態(tài)相匹配，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)和直升機(jī)才能都處于最有利工作狀態(tài)。表4-1給出了直升機(jī)飛行狀態(tài)與發(fā)動(dòng)機(jī)功率狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系。 表表4-1 4-1 直升機(jī)飛行狀態(tài)與發(fā)動(dòng)機(jī)功直升機(jī)飛行狀態(tài)與發(fā)動(dòng)機(jī)功率狀態(tài)的關(guān)系率狀態(tài)的關(guān)系飛行性能項(xiàng)目發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)最大平飛速度起飛功率狀態(tài)最大巡航速度最大連續(xù)功率狀態(tài)最大垂直上升率起飛功率狀態(tài)最大斜爬升率最大連續(xù)

51、功率狀態(tài)有地效最大懸停高度起飛功率狀態(tài)無地效最大懸停高度起飛功率狀態(tài)使用升限最大連續(xù)功率狀態(tài)機(jī)動(dòng)飛行（最大加速）起飛功率狀態(tài)機(jī)動(dòng)飛行（最大減速）空中慢車狀態(tài)機(jī)動(dòng)飛行（最大坡度）起飛功率狀態(tài)機(jī)動(dòng)飛行（懸?；剞D(zhuǎn)）起飛功率狀態(tài)機(jī)動(dòng)飛行（垂直躍升）起飛功率狀態(tài)機(jī)動(dòng)飛行（垂直急降）空中慢車狀態(tài)機(jī)動(dòng)飛行（俯沖）最大連續(xù)功率狀態(tài)機(jī)動(dòng)飛行（改出拉起）起飛功率狀態(tài)機(jī)動(dòng)飛行（減速轉(zhuǎn)彎）起飛功率狀態(tài) 在確定直升機(jī)的需用功率時(shí)，除了旋翼的需用功率外，還在確定直升機(jī)的需用功率時(shí)，除了旋翼的需用功率外，還應(yīng)考慮以下功率需求和損失：應(yīng)考慮以下功率需求和損失：a. 尾槳的需用功率； b. 發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝和進(jìn)排氣損失，一般說來發(fā)

52、動(dòng)機(jī)型號說明書上給出的功率是臺架試車功率，裝機(jī)后由于進(jìn)、排氣條件的變化，會產(chǎn)生裝機(jī)損失，一般占發(fā)動(dòng)機(jī)功率的36%左右； c. 傳動(dòng)損失，主要是減速器的功率損失，約占發(fā)動(dòng)機(jī)功率的24%； d.附件功率損失，包括液壓泵、發(fā)電機(jī)、滑油散熱器等的功率損失； e. 其它損失，如防冰、除冰、紅外擬抑器、發(fā)動(dòng)機(jī)引氣等引起的損失。 第五章第五章 直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)分析與直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)分析與選擇選擇5.1 5.1 對發(fā)動(dòng)機(jī)的主要要求對發(fā)動(dòng)機(jī)的主要要求表表5-1 5-1 典型的四代渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)性能比較典型的四代渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)性能比較代投產(chǎn)年代(20世紀(jì))型號名稱功率(kW)耗油率(kg/kwh)壓比渦輪進(jìn)口溫度T3()重量kg

53、功率重量比(kw/kg)適用直升機(jī)型號一代50阿都斯特 (法)T58-GE-10 （美）40410290.460.385.28.47509821541592.626.47“云雀”“SH=3”二代60阿斯泰祖 （法）T64-GE-16 （美）44120960.330.327.81395010931603282.766.39“小羚羊“ AH-56三代7080馬基拉 （法）T700-GE-700 （美）132411460.2920.2910.417110011992101815.26.22“超美洲豹“黑鷹”四代8090MTR-390 （歐洲）T800-LHT-800（美）RTM-322 （英、法）9

54、5889515660.2740.2760.267131514.72143214801691632415.787.16.65歐洲“虎式”RAH-66EH-101一、發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率Nu二、發(fā)動(dòng)機(jī)比重 （千克/千瓦）或功重比（千瓦/千克）三、發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油特性 （千克/（千瓦小時(shí)） eeC圖5-1 直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)高度特性四、發(fā)動(dòng)機(jī)的高度特性五、發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度特性六、發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性七、發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性八、發(fā)動(dòng)機(jī)的功率反應(yīng)特性 加速性九、單位橫截面積的有效功率十、發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性十一、技術(shù)維護(hù)的簡易性十二、成本低，振動(dòng)噪聲小圖5-2 發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度特性圖5-3 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性max/ SNNuc（千瓦

55、/米2） 5.2 5.2 直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)特性分析與比較直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)特性分析與比較5.2.1 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)與渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的比較 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)是：渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)是：一、比重小或功率重量比大。二、體積小。三、渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)在使用上也有一系列的優(yōu)點(diǎn)。四、渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的高空特性要比活塞式好一些。 五、耗油特性。在小功率范圍活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的單位耗油率較低（0.34千克/千瓦小時(shí)以下），而大功率的渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)單位耗油率目前已比活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的單位耗油率低。而活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)只在部份功率狀態(tài)下耗油率最低。 實(shí)際上，目前渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)還在不斷改進(jìn)中，它的比重在不斷降低，單位耗油率已經(jīng)很低，因此它在直升機(jī)上應(yīng)

56、用的優(yōu)越性越來越顯著。 5.2.2 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)中定軸渦輪和自由渦輪的比較 一、發(fā)動(dòng)機(jī)與旋翼的轉(zhuǎn)速特性圖5-5 Cylj及Cy7隨飛行速度的變化圖5-4 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)簡圖圖5-8 自由渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)相對出軸功率與相對自由渦輪轉(zhuǎn)速的關(guān)系 圖5-9 自由渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)功率-轉(zhuǎn)速限制 圖5-7 定軸渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)功率-轉(zhuǎn)速限制圖5-6 不同旋翼轉(zhuǎn)速下相對需用功率Nrn與平飛速度V的關(guān)系圖5-10 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)外部特性曲線圖5-11 發(fā)動(dòng)機(jī)和旋翼特性匹配 圖5-12 旋翼轉(zhuǎn)速一定和可變時(shí) 、 、 隨飛行速度V的變化曲線 aNNTqLq圖5-13 旋翼變轉(zhuǎn)速限制圖5-14 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率、扭矩隨轉(zhuǎn)速的變化二、發(fā)動(dòng)機(jī)

57、與旋翼的轉(zhuǎn)速-扭矩特性三、對傳動(dòng)系統(tǒng)的影響四、發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性五、對多發(fā)并車的影響5.3 5.3 發(fā)動(dòng)機(jī)使用特性與直升機(jī)飛行性能發(fā)動(dòng)機(jī)使用特性與直升機(jī)飛行性能的匹配的匹配 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、單位耗油率、小時(shí)油耗以及表征其工作的其他參數(shù)和使用條件間的關(guān)系稱為使用特性。一、節(jié)流特性和發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài) 在給定調(diào)節(jié)規(guī)律下，動(dòng)力渦輪功率、單位耗油率、渦輪前溫度與壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系稱為節(jié)流特性，也稱為油門特性。此特性是按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)給出的試驗(yàn)結(jié)果。按發(fā)動(dòng)機(jī)的油門特性可以確定發(fā)動(dòng)機(jī)的幾種工作狀態(tài)：按發(fā)動(dòng)機(jī)的油門特性可以確定發(fā)動(dòng)機(jī)的幾種工作狀態(tài)：1.小油門狀態(tài)（慢車狀態(tài)）發(fā)動(dòng)機(jī)不掉轉(zhuǎn)速、不熄火的穩(wěn)定可靠工作的最小轉(zhuǎn)

58、速 。2.巡航狀態(tài)在整個(gè)壽命期間內(nèi)可保證連續(xù)可靠工作的最大功率。3. 額定狀態(tài) 4. 起飛狀態(tài) 在正常情況下，根據(jù)強(qiáng)度條件限制，在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)出最大功率的狀態(tài) 5.應(yīng)急狀態(tài) 在多發(fā)動(dòng)機(jī)的直升機(jī)上，為了考慮單發(fā)停車時(shí)的安全性，有時(shí)對發(fā)動(dòng)機(jī)尚規(guī)定有下列兩種狀態(tài)。（1）最大應(yīng)急狀態(tài)：保持單發(fā)停車時(shí)能繼續(xù)起飛或降落，采用此最大應(yīng)急狀態(tài)，其功率可能比起飛功率大7%10%，時(shí)間不超過2.5分鐘。 （2）中等應(yīng)急狀態(tài)：保持單發(fā)停車時(shí)能繼續(xù)平飛，其功率大于額定功率，時(shí)間不超過30分鐘。二、大氣溫度和飛行高度變化時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)與直升機(jī)匹配的特點(diǎn) 在大氣溫度和飛行高度變化時(shí)，直升機(jī)的需用功率Nr和發(fā)動(dòng)機(jī)的可用功率Na按

59、不同規(guī)律變化。高度增加時(shí)，需用功率不斷增大，而可用功率則不斷減少。當(dāng)大氣溫度增加時(shí)，懸停時(shí)的需用功率幾乎不變，而發(fā)動(dòng)機(jī)的可用功率則下降很快。 1. 1. 大氣溫度的影響大氣溫度的影響 圖5-15 、 、 、 、 、qGL等隨大氣溫度變化關(guān)系 rNNaNNtGuGfLG 按H=0，t=15時(shí)需用功率等于可用功率來匹配的直升機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)，在溫度升高后性能大大降低。 2. 2. 飛行高度影響飛行高度影響圖5-16 、 、 、 、qGL等隨高度變化關(guān)系rNNaNNHGuGfLG 圖5-16中給出了海平面正常條件下，按懸停起飛需用功率等于發(fā)動(dòng)機(jī)起飛功率匹配 時(shí)的功率隨高度變化關(guān)系。 )0 . 1(aNN對

60、發(fā)動(dòng)機(jī)功率增大的要求大致相近。因此，在多用途直升機(jī)上常有20%30%的功率儲備，以滿足這些要求。 實(shí)踐中經(jīng)常遇到的是在低空、溫度高達(dá)40的環(huán)境條件下使用，以及在正常溫度下于20003000米高空條件下使用，這兩種情況三、發(fā)動(dòng)機(jī)特性參數(shù)對直升機(jī)主要性能的影響 圖5-17 L、 和qGL隨發(fā)動(dòng)機(jī)物理參數(shù)變化關(guān)系uG圖5-18 有效載荷（32852牛）和航程（400公里）一定時(shí)，直升機(jī)主要性能隨發(fā)動(dòng)機(jī)特性參數(shù)變化關(guān)系第六章第六章 直升機(jī)重量分析直升機(jī)重量分析6.1 6.1 直升機(jī)重量及分類直升機(jī)重量及分類 重量控制和重量分析是直升機(jī)研制過程的一個(gè)重要組成部分，也是直升機(jī)總體設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要工作。設(shè)計(jì)初