《直升機(jī)空氣動力學(xué)與飛行原理》課件-模塊六：直升機(jī)的穩(wěn)定性（雙語）

模塊六：直升機(jī)的穩(wěn)定性Thestabilityofhelicopters直升機(jī)空氣動力學(xué)與飛行原理Helicopteraerodynamicsandprinciplesofflight了解什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性Learnaboutwhathelicopterstabilityis01Teachingobjective教學(xué)目標(biāo)了解直升機(jī)是如何保持穩(wěn)定的Understandinghowhelicoptersmaintainstability02了解什么是直升機(jī)的阻尼Learnaboutwhatdampingisforhelicopters03模塊六：直升機(jī)的穩(wěn)定性Thestabilityofhelicopters任務(wù)一：直升機(jī)的穩(wěn)定性和阻尼StabilityandDampingofHelicopters直升機(jī)空氣動力學(xué)與飛行原理Helicopteraerodynamicsandprinciplesofflight活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？01.PARTONEWhatisthestabilityofahelicopter?活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？物體的平衡與的穩(wěn)定性Thestabilityofhelicopters處于平衡狀態(tài)的物體，受到外界擾動，偏離了平衡位置；當(dāng)擾動消失后，物體能否自動恢復(fù)到原來的平衡位置，取決于物體的平衡狀態(tài)是否具有穩(wěn)定性。Anobjectinequilibrium,whendisturbedbyexternalfactors,deviatesfromitsequilibriumposition.Whenthedisturbancedisappears,whethertheobjectcanautomaticallyreturntoitsoriginalequilibriumpositiondependsonwhetheritsequilibriumstateisstable.(a)(b)(c)活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？靜穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性Staticanddynamicstability靜穩(wěn)定性是當(dāng)外界擾動消失后，物體是否具有回到原始平衡位置的趨勢，也就是擾動消失后，物體的瞬間運動。Staticstabilityreferstowhetheranobjecthasatendencytoreturntoitsoriginalequilibriumpositionaftertheexternaldisturbancedisappears,thatis,theinstantaneousmotionoftheobjectafterthedisturbancedisappears.(a)(b)(c)偏離原位回復(fù)原位保持原狀活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？靜穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性Staticanddynamicstability具有靜穩(wěn)定性是平衡狀態(tài)具有穩(wěn)定性的必要條件。Havingstaticstabilityisanecessaryconditionforequilibriumstatestohavestability.(a)(b)(c)靜穩(wěn)定性平衡狀態(tài)具有穩(wěn)定性活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？靜穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性Staticanddynamicstability動穩(wěn)定性是研究外界擾動消失后，物體回到原平衡位置的運動過程：若擾動運動是收斂的，物體最終回到原始平衡位置，物體平衡狀態(tài)就具有動穩(wěn)定性，否則就是動不穩(wěn)定的。Dynamicstabilityisthestudyofthemotionprocessofanobjectreturningtoitsoriginalequilibriumpositionafterthedisappearanceofexternaldisturbances.Ifthedisturbancemotionconvergesandtheobjectultimatelyreturnstoitsoriginalequilibriumposition,theequilibriumstateoftheobjecthasdynamicstability.Otherwise,itisconsidereddynamicinstability.(a)(b)(c)動穩(wěn)定中立動不穩(wěn)定活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？靜穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性Staticanddynamicstability具有動穩(wěn)定性是平衡狀態(tài)具有穩(wěn)定性的充分必要條件。Havingdynamicstabilityisanecessaryandsufficientconditionforanequilibriumstatetohavestability.(a)(b)(c)動穩(wěn)定性平衡狀態(tài)具有穩(wěn)定性活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？靜穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性Staticanddynamicstability具有靜穩(wěn)定性是平衡狀態(tài)具有穩(wěn)定性的必要條件，但不充分；只有具有動穩(wěn)定性的平衡狀態(tài)才是真正穩(wěn)定的。Havingstaticstabilityisanecessaryconditionforequilibriumstatestohavestability,butitisnotsufficient;Onlyanequilibriumstatewithdynamicstabilityistrulystable.(a)(b)(c)動穩(wěn)定性平衡狀態(tài)具有穩(wěn)定性活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？直升機(jī)的靜穩(wěn)定性Thestaticstabilityofhelicop圖（a）——靜穩(wěn)定的。圖（b）——中立靜穩(wěn)定的。圖（c）——靜不穩(wěn)定的。Figure(a)-Staticallystable.Figure(b)-Neutralstaticstability.Figure(c)-Staticinstability.(a)(b)(c)擾動擾動擾動活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？直升機(jī)的靜穩(wěn)定性Thestaticstabilityofhelicop圖（a）——動穩(wěn)定的。圖（b）——中立動穩(wěn)定的。圖（c）——動穩(wěn)不定的。Figure(a)-Dynamicallystable.Figure(b)-Neutraldynamicallystable.Figure(c)-Dynamicallyunstable.(a)(b)(c)活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？直升機(jī)的穩(wěn)定性Thestabilityofhelicopters直升機(jī)的穩(wěn)定性是直升機(jī)一種運動屬性,通常指直升機(jī)保持固有運動狀態(tài)或抵制外界擾動的能力。Helicopterstabilityisatypeofmotionattributeofahelicopter,typicallyreferringtoitsabilitytomaintainitsinherentmotionstateorresistexternaldisturbances.活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？直升機(jī)的穩(wěn)定性Thestabilityofhelicopters直升機(jī)的靜穩(wěn)定性是指平衡狀態(tài)被破壞瞬間的直升機(jī)運動趨勢。包括三種形式：1、靜穩(wěn)定；2、靜不穩(wěn)定的；3、中性穩(wěn)定。Thestaticstabilityofahelicopterreferstothemovementtrendofthehelicopteratthemomentwhentheequilibriumstateisdisrupted.Itincludesthreeforms:1.staticstable;2.staticunstable;3.neutralstable.(a)(b)(c)擾動擾動擾動回復(fù)原運動軌跡偏離程度增大保持一定偏離程度活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？直升機(jī)的靜穩(wěn)定性Thestaticstabilityofhelicopters縱向靜穩(wěn)定性：包括速度靜穩(wěn)定性和迎角靜穩(wěn)定性。Longitudinalstaticstability:includingvelocitystaticstabilityandangleofattackstaticstability.縱向擾動回復(fù)縱向擾動活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？直升機(jī)的速度靜穩(wěn)定性TheSpeedStaticStabilityofHelicopters飛行中有效迎角保持不變，在受到干擾后，速度發(fā)生改變，如能出現(xiàn)新的附加力矩，使之自動趨于恢復(fù)原來的速度，則稱之直升機(jī)接速度是靜穩(wěn)定的。反之，稱其按速度靜不穩(wěn)定的。Duringhelicopterflight,theeffectiveangleofattackremainsconstant.However,intheeventofaccidentalinterference,thespeedchanges.Ifanewadditionaltorquecanappear,causingittoautomaticallyreturntoitsoriginalspeed,thenthehelicopterlandingspeedisconsideredtobestaticallystable.Onthecontrary,itissaidtobestaticallyunstableaccordingtovelocity.抬頭力矩按速度靜穩(wěn)定速度增大活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？直升機(jī)的速度靜穩(wěn)定性TheSpeedStaticStabilityofHelicopters飛行過程中，直升機(jī)的速度靜穩(wěn)定力矩主要來自旋翼。Duringflight,thespeedstaticstabilitymomentofthehelicoptermainlycomesfromtherotor.旋翼活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？直升機(jī)的速度靜穩(wěn)定性TheSpeedStaticStabilityofHelicopters在直升機(jī)前飛時，旋翼按速度是靜穩(wěn)定的。在懸停時，按速度也是靜穩(wěn)定的。Whenflyinginfrontofahelicopter,therotorisstaticallystableatspeed.Whenhovering,itisalsostaticallystableaccordingtospeed.旋翼活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？按速度的靜穩(wěn)定性判定方法Methodfordeterminingstaticstabilitybasedonveloc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抬頭力矩按速度靜穩(wěn)定速度增大活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？按速度的靜穩(wěn)定性判定方法Methodfordeterminingstaticstabilitybasedonvelocity

速度增大低頭力矩按速度靜不穩(wěn)定活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？直升機(jī)的迎角靜穩(wěn)定性Theangleofattackstaticstabilityofhelicopters直升機(jī)飛行速度保持不變，在偶然受到干擾后，有效迎角發(fā)生了變化，如受到干擾后抬頭，如果出現(xiàn)新的附加低頭力矩，使之自動趨于恢復(fù)原來迎角，則直升機(jī)按迎角是靜穩(wěn)定的。Thehelicopter'sflightspeedremainsconstant,butafteroccasionalinterference,theeffectiveangleofattackchanges.Ifthereisanewadditionalbowtorquethatautomaticallytendstoreturntotheoriginalangleofattack,thehelicopterisstaticallystableattheangleofattack.迎角增大低頭力矩按迎角靜穩(wěn)定活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？直升機(jī)的迎角靜穩(wěn)定性Theangleofattackstaticstabilityofhelicopters如出現(xiàn)的附加力矩是抬頭力矩，使機(jī)身進(jìn)一步抬頭，則按迎角是靜不穩(wěn)定的。Iftheadditionaltorquethatoccursistheliftuptorque,causingthefuselagetofurtherliftup,thenitisstaticallyunstableaccordingtotheangleofattack.迎角增大低頭力矩按迎角靜穩(wěn)定活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？直升機(jī)的迎角靜穩(wěn)定性Theangleofattackstaticstabilityofhelicopters在直升機(jī)前飛時，旋翼按迎角是不穩(wěn)定的。但在直升機(jī)懸停時，旋翼按迎角是中性穩(wěn)定的。Whenflyinginfrontofahelicopter,therotorisunstableattheangleofattack.Butwhenthehelicopterhovers,therotorisneutralandstableattheangleofattack.旋翼活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？按迎角的靜穩(wěn)定性判定方法Staticstabilitydeterminationmethodbasedonangleofattack

迎角增大低頭力矩按迎角靜穩(wěn)定活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？按迎角的靜穩(wěn)定性判定方法Staticstabilitydeterminationmethodbasedonangleofattack

迎角增大低頭力矩按迎角靜穩(wěn)定活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？直升機(jī)的迎角靜穩(wěn)定性Theangleofattackstaticstabilityofhelicopters一般直升機(jī)在懸停及小速度飛行時對迎角是不穩(wěn)定的，這主要是旋翼的作用。無餃旋翼的槳轂力矩大，迎角不穩(wěn)定性更強，需要更大的平尾。Generally,helicoptersareunstableintermsofangleofattackduringhoveringandlowspeedflight,mainlyduetotheroleoftherotor.Thehubtorqueoftherotorwithoutadumplingrotorishigh,andtheangleofattackinstabilityisstronger,requiringalargerflattail.蹺蹺板式旋翼小平尾直升機(jī)活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？直升機(jī)的迎角靜穩(wěn)定性Theangleofattackstaticstabilityofhelicopters餃接式旋翼無槳轂力矩，所以Bell公司研制的蹺蹺板式旋翼直升機(jī)，其平尾通常比較小。Thedumplingtyperotorhasnohubtorque,sotheseesawtyperotorhelicopterdevelopedbyBellCompanyusuallyhasarelativelysmallflattail.蹺蹺板式旋翼小平尾直升機(jī)活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？直升機(jī)的航向靜穩(wěn)定性Theheadingstaticstabilityofhelicopters當(dāng)直升機(jī)偶然受到干擾偏離原來航向后側(cè)滑飛行，若在初始時產(chǎn)生恢復(fù)力矩，能自動恢復(fù)原來航向平衡狀態(tài)，則直升機(jī)航向靜穩(wěn)定；反之，航向是靜不穩(wěn)定的。Whenahelicopterisaccidentallyinterferedwithanddeviatesfromitsoriginalheadingbeforesliding,ifarecoverytorqueisgeneratedattheinitialstageanditcanautomaticallyrestoreitsoriginalheadingbalancestate,thenthehelicopter'sheadingisstaticallystable;Onthecontrary,theheadingisstaticallyunstable.擾動擾動回復(fù)活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？直升機(jī)的航向靜穩(wěn)定性Theheadingstaticstabilityofhelicopters對于單旋翼帶尾槳式直升機(jī)來說，尾槳對航向穩(wěn)定性起主要作用，航向穩(wěn)定力矩主要由尾槳產(chǎn)生。在飛行速度較大時，垂尾也起到重要作用。Forsinglerotorhelicopterwithtailrotor,thetailrotorplaysamajorroleinheadingstability,andtheheadingstabilitymomentismainlygeneratedbythetailrotor.Athighflightspeeds,theverticaltailalsoplaysanimportantrole.尾槳垂尾活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？直升機(jī)的航向靜穩(wěn)定性Theheadingstaticstabilityofhelicopters直升機(jī)按側(cè)滑角是靜穩(wěn)定的。在懸停狀態(tài)下，可以認(rèn)為直升機(jī)是中立靜穩(wěn)定的。Thehelicopterisstaticallystableaccordingtothesideslipangle.Inhoveringstate,itcanbeconsideredthatthehelicopterisneutralandstaticallystable.懸停狀態(tài)——中立靜穩(wěn)定Hoveringstate-neutralstaticstability活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？航向靜穩(wěn)定性判定方法Methodfordeterminingheadingstaticstability

側(cè)滑回正力矩按航向靜穩(wěn)定活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？航向靜穩(wěn)定性判定方法Methodfordeterminingheadingstaticstability

側(cè)滑偏航力矩按航向靜不穩(wěn)定活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？直升機(jī)的橫向靜穩(wěn)定性Lateralstaticstabilityofhelicopters直升機(jī)在側(cè)滑時，會出現(xiàn)新的橫滾力矩，使之具有自動恢復(fù)原來橫向平衡狀態(tài)的趨勢，則稱直升機(jī)按側(cè)滑角是橫向靜穩(wěn)定的；反之，按側(cè)滑角靜不穩(wěn)定。Whenahelicopterskids,anewleftrollingmomentappears,givingitatendencytoautomaticallyrestoreitsoriginallateralbalancestate.Therefore,thehelicopterissaidtobelaterallystableaccordingtothesideslipangle;Onthecontrary,accordingtothesideslipangle,itisstaticallyunstable.擾動擾動回復(fù)活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？直升機(jī)的橫向靜穩(wěn)定性Lateralstaticstabilityofhelicopters單旋翼帶尾槳式直升機(jī)，橫向的靜穩(wěn)定力矩主要來自旋翼和尾槳。Asinglerotorhelicopterwithatailrotor,thelateralstaticstabilitymomentmainlycomesfromtherotorandtailrotor.旋翼尾槳活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？直升機(jī)的動穩(wěn)定性Thedynamicstabilityofhelicopters直升機(jī)的動穩(wěn)定性是指作定常飛行的直升機(jī)受到擾動而偏離其平衡狀態(tài)后，在由此而產(chǎn)生的力和力矩作用下所發(fā)生的運動性質(zhì)。Thedynamicstabilityofahelicopterreferstothemotionpropertiesthatoccurwhenahelicopterinsteadyflightdeviatesfromitsequilibriumstateduetodisturbances,andissubjectedtotheresultingforcesandtorques.動穩(wěn)定動不穩(wěn)定中性動穩(wěn)定活動1：什么是直升機(jī)的穩(wěn)定性？直升機(jī)的動穩(wěn)定性Thedynamicstabilityofhelicopters動穩(wěn)定性分為三種形式：1、動穩(wěn)定2、動不穩(wěn)定3、中性動穩(wěn)定Dynamicstabilitycanbedividedintothreeforms:1.Dynamicstability2.Dynamicinstability3.Neutraldynamicstability動穩(wěn)定動不穩(wěn)定中性動穩(wěn)定活動2：什么是直升機(jī)的阻尼？02.PARTTWOWhatishelicopterdamping?活動2：什么是直升機(jī)的阻尼？直升機(jī)的阻尼Dampingofhelicopters直升機(jī)在受到擾轉(zhuǎn)動之后還可能出現(xiàn)一種阻滯轉(zhuǎn)動的力矩，通常稱為阻尼。阻尼主要來自旋翼和尾漿。Afterbeingdisturbed,helicoptersmayalsoexperienceatorquethathindersrotation,commonlyknownasdamping.Thedampingmainlycomesfromtherotorandtailrotor.阻尼主要來源Themainsourceofdamping尾槳垂尾活動2：什么是直升機(jī)的阻尼？直升機(jī)的阻尼Dampingofhelicopters直升機(jī)的阻尼包括：1、縱向阻尼2、航向阻尼3、橫向阻尼Thedampingofahelicopterincludes:1.Longitudinaldamping2.Headingdamping3.Lateraldamping在直升機(jī)飛行過程中，由于多種原因，如空氣動力學(xué)效應(yīng)、機(jī)械振動等，直升機(jī)各部件會產(chǎn)生振動。這些振動不僅會導(dǎo)致機(jī)體疲勞，降低舒適性，還可能影響飛行安全。阻尼是用來減少這些振動，提高飛行穩(wěn)定性和舒適性的關(guān)鍵技術(shù)。Duringhelicopterflight,variouscomponentsofthehelicoptermayvibrateduetovariousreasonssuchasaerodynamiceffectsandmechanicalvibrations.Thesevibrationsnotonlycausefatigueandreducecomfortinthebody,butmayalsoaffectflightsafety.Dampingisakeytechnologyusedtoreducethesevibrations,improveflightstabilityandcomfort.活動2：什么是直升機(jī)的阻尼？直升機(jī)的阻尼Dampingofhelicopters縱向擾動縱向擾動阻尼力矩阻尼力矩平尾旋翼縱向阻尼longitudinaldamping直升機(jī)的縱向阻尼主要來自旋翼。平尾也提供縱向運動阻尼。Thelongitudinaldampingofhelicoptersmainlycomesfromtherotor.Theflattailalsoprovideslongitudinalmotiondamping.活動2：什么是直升機(jī)的阻尼？直升機(jī)的阻尼Dampingofhelicopters航向阻尼Coursedamping對于單旋翼帶尾槳式直升機(jī)來說，航向阻尼主要來自尾槳和垂尾。Headingdamping:Forsinglerotorhelicopterwithtailrotor,headingdampingmainlycomesfromthetailrotorandverticaltail.阻尼力矩航向擾動航向擾動阻尼力矩尾槳垂尾活動2：什么是直升機(jī)的阻尼？直升機(jī)的阻尼Dampingofhelicopters橫向阻尼lateraldamping對于單旋翼帶尾槳式直升機(jī)來說，橫向阻尼除了與縱向阻尼一樣與旋翼有關(guān)之外，還與尾槳有關(guān)。Lateraldamping:Forsinglerotorhelicopterwithtailrotor,lateraldampingisnotonlyrelatedtotherotorlikelongitudinaldamping,butalsotothetailrotor.橫向擾動橫向擾動阻尼力矩阻尼力矩尾槳旋翼活動3：影響直升機(jī)穩(wěn)定的因素有哪些？03.PARTTHREEWhatarethefactorsthataffecthelicopterstability?活動3：影響直升機(jī)穩(wěn)定的因素有哪些？影響穩(wěn)定性的因素Factorsaffectingstability飛行速度Flightspeed在低速前飛時平尾提供靜不穩(wěn)定力矩，但隨著前飛速度增加，當(dāng)旋翼尾流不影響到平尾時，平尾能改善直升機(jī)的速度穩(wěn)定性；在較大速度下，平尾也能改善直升機(jī)的迎角穩(wěn)定性。Duringlow-speedforwardflight,theflattailprovidesstaticunstabletorque,butastheforwardflightspeedincreases,theflattailcanimprovethespeedstabilityofthehelicopterwhentherotorwakedoesnotaffecttheflattail;Athigherspeeds,aflattailcanalsoimprovethestabilityofthehelicopter'sangleofattack.平尾活動3：影響直升機(jī)穩(wěn)定的因素有哪些？影響穩(wěn)定性的因素Facto