－懸停飛行空氣動(dòng)力學(xué)

1、高等直升機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)參考書目1 直升機(jī)性能及穩(wěn)定性和操縱性(Helicopter Performance, Stability, and Control ) 美：Raymond W.Prouty（主要參考書）2 直升機(jī)理論（Helicopter Theory） 美：Wayne Johnson3 Principles of Helicopter Aerodynamics 美： J. Gordon Leishman 單位制及換算項(xiàng)目國際單位制英制長度1m=3.2808 ft1ft=0.3048m質(zhì)量1kg=2.20462 b1b=0.45359kg時(shí)間秒秒教學(xué)內(nèi)容懸停空氣動(dòng)力學(xué)垂直飛行空氣動(dòng)力學(xué)前

2、飛空氣動(dòng)力學(xué)性能分析特殊性能問題旋翼槳葉的翼型旋翼的揮舞特性教學(xué)方法講授為主：基本問題 解題思路 數(shù)學(xué)表達(dá) 物理含義 結(jié)果 討論第一章 懸停飛行空氣動(dòng)力學(xué) 基本問題 解決方法 結(jié)果 討論第一節(jié) 懸停飛行空氣動(dòng)力學(xué)的基本問題 旋翼的拉力 旋翼的扭矩 旋翼的功率 旋翼的誘導(dǎo)速度 旋翼的效率 第二節(jié) 懸停飛行空氣動(dòng)力學(xué)的解題方法 動(dòng)量方法 葉素方法 動(dòng)量葉素組合方法 一 動(dòng)量方法1 旋翼拉力的產(chǎn)生 旋翼向下排壓空氣，形成旋翼尾流， 同時(shí)從上方吸入空氣。 氣流受到旋翼作用力，被加速、增壓； 同時(shí)對旋翼施加反作用力，即是旋翼拉力。討論：旋翼拉力與升力，概念不同： 翼面升力垂直于來流速度 旋翼拉力沿轉(zhuǎn)軸方

3、向，是各槳葉的合力2 解題的基本思路利用動(dòng)量理論求空氣受旋翼的作用力；利用作用力與反作用力原理求旋翼拉力； 3 滑流假定 滑流：空氣無粘性、不可壓縮 作用盤：旋翼是作用盤，產(chǎn)生穩(wěn)定均布的誘導(dǎo)速度 流管：受旋翼作用的氣流形成一流管，氣流無扭轉(zhuǎn) 誘導(dǎo)速度-旋翼的作用引起的速度變化（方向、大?。?討論：各項(xiàng)假定的適宜性： 低速、常溫、常規(guī)尺寸 ；（粘、波阻力） 多葉旋轉(zhuǎn)、負(fù)扭及尖削；（修正系數(shù)） 流動(dòng)有界面、扭速較小 4 數(shù)學(xué)表達(dá)4.1 由動(dòng)量定理，單位流量的動(dòng)量改變等于 所受的同方向外力 根據(jù)質(zhì)量守恒定律，單位流量 4.2 由動(dòng)能定理，滑流動(dòng)能的改變，等于旋翼輸送給滑流的功率 即 將動(dòng)量定理的 及

4、 代入上式 得 即 旋翼在下游遠(yuǎn)處的誘導(dǎo)速度 ，等于槳盤處誘導(dǎo)速度 的2倍. 討論：空氣有粘性，動(dòng)能會(huì)耗散。遠(yuǎn)處誘導(dǎo)速度 達(dá)不到 最大值約為 ，之后即減小，最終耗盡。 4.3 懸停飛行狀態(tài)的拉力和誘導(dǎo)速度懸停時(shí)，旋翼在原地運(yùn)轉(zhuǎn)， 空氣被旋翼吸入，槳盤處的入流速度就是旋翼的誘導(dǎo)速度，即 旋翼滑流的單位流量由滑流受力 且已知 ， 得: 寫成無量綱形式有：對樣例直升機(jī)，設(shè)計(jì)重量20000磅（90712千克），旋翼半徑為30英尺（9.144米），則槳盤載荷為7.1磅英尺2，槳盤處誘導(dǎo)速度為39英尺秒（12米秒）或23海里小時(shí) 。對共軸式直升機(jī)旋翼的誘導(dǎo)速度，計(jì)算槳盤載荷時(shí)，只取單副旋翼的槳盤面積；對縱

5、列式直升機(jī)，槳盤面積取兩副旋翼的凈投影面積。 誘導(dǎo)速度的影響1 靠近地面懸停飛行時(shí)，產(chǎn)生所謂的“礦砂開采”現(xiàn)象，卷起的泥沙會(huì)遮斷駕駛員的視線，或進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道，槳盤載荷越大，這種現(xiàn)象越強(qiáng)。討論：現(xiàn)代直升機(jī)為何仍要采用大槳盤載荷？2 旋翼尾流對機(jī)身的下洗干擾（垂直阻力） 4.4 滑流中的速度及靜壓變化 對于無粘、不可壓流體，柏努利方程簡化為 旋翼上方 因 ， 得 旋翼下方 因 ， ， 得 即：旋翼上面為吸壓，下面為增壓，且增壓值為吸壓的3倍。若由槳盤上、下的靜壓差來計(jì)算旋翼拉力，則得 ，與動(dòng)量分析所得結(jié)果相同。討論：應(yīng)用柏努利方程為何要分別針對上下兩段滑流4.5 懸停功率 理想條件下，旋翼功率僅用于產(chǎn)生拉力（引起誘導(dǎo)速度） 以 將 無量綱化， 得功率系數(shù) 以 代入，則得 4.6 懸停效率 旋翼在懸停時(shí)消耗的功率，不僅是誘導(dǎo)功率 ，還有： 克服空氣粘性引起的翼型阻力的能耗、克服波阻的功耗 旋翼尾流有扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶走了動(dòng)能 誘導(dǎo)速度有脈動(dòng)、沿槳盤不均布，誘導(dǎo)功率比 要大些（上述功率將利用旋翼葉素理論、渦流理論計(jì)算）定義：懸停效率 大多數(shù)直升機(jī)， 在0.7左右。4.7 懸停旋翼尾流擴(kuò)散 由質(zhì)量守恒 已知 下游無限遠(yuǎn)處，滑流收縮為 實(shí)際氣流有粘性，流動(dòng)中動(dòng)能逐漸耗散 1)尾流不能收縮到 R20.707， 實(shí)際約達(dá) 0.78 R 后開始