原因所在 02R 04R 08R (4 图2.1-3桨叶的运动及合速度 http://asp2.6to23.com/ehelicopter/principle/sl/p01.gifi700x561 旋翼拉力产生的滑流理论 现以直升机处于垂直上升状态为例,应用滑流理论说明旋翼拉力产生的原因。此时,将流过旋翼的 空气,或正确地说,受到旋翼作用的气流,整个地看做一根光滑流管加以单独处理。假设 空气是理想流体,没有粘性,也不可压缩; 旋转着的旋冀是一个均匀作用于空气的无限薄的圆盘(即桨盘),流过桨盘的气流速度在桨盘处各点为一 常数 气流流过旋翼没有扭转(即不考虑旋翼的旋转影响),在正常飞行中,滑流没有周期性的变化。 6 PdfcreatedwithpdffactorYtrialversionwww.pdffactory.com
6 原因所在。 http://asp2.6to23.com/ehelicopter/principle/s1/p01.gif | 700 × 561 旋翼拉力产生的滑流理论 现以直升机处于垂直上升状态为例，应用滑流理论说明 旋翼拉力产生的原因。此时，将流过旋翼的 空气，或正 确地说，受到旋翼作用的气流，整个地看做一根光滑流 管加以单独处理。假设： 空气是理想流体，没有粘性，也不可压缩； 旋转着的旋冀是一个均匀作用于空 气的无限薄的圆盘(即桨盘)，流过桨盘的气流速度 在桨盘处各点为一 常数； 气流流过旋翼没有扭转(即不考虑 旋翼的旋转影响)，在正常飞行中，滑流没有周期性的变化。 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
根据以上假设可以作出描述旋翼在:垂直上升状态下滑流的物理图像,如下图所示,图中选取三个 滑流截面,So、Sl和S2,在So面,气流速度就是直升机垂直上升速度Vo,压强为大气压Po,在 Sl的上面,气流速度增加到l=Vo+v1,压强为PI上,在S1的下面,由于流动是连续的,所以速度 仍是V1,但压强有了突跃P下>P1上,P1下一P上即旋翼向上的拉力。在S2面,气流速度继续增 加至V2=Vo+v2,压强恢复到大气压强Po。 0 滑 桨盘平面 2 这里的ⅵl是桨盘处的诱导速度。是下游远处的诱导速度,也就是在均匀流场内或静止空气中所 引起的速度增量。对于这种现象,可以利用牛顿第三用动定律来解释拉力产生的原因。 旋翼的锥体 在前面的分析中,我们假定桨叶位:桨毂旋转平面内旋转。实际上,目前的直升机都具水平铰。旋 翼不旋转时,桨叶受垂直向下的本身重力的作用(如下图左)。旋翼旋转时,每片叶上的作用力除自身重 力外,还有空气动力和惯性离心力。空气动力拉力向上的分(T)方向与重力相反,它绕水平铰构成的力 矩,使桨叶上挥。惯性离心力(F离心)相对水乎铰所形成的力矩,力求使桨叶在桨毂旋转平面内旋转(如 下图右)。在悬停或垂直飞行状态中,这三个力矩综合的结果,使得桨叶保持在与桨毂旋转平面成某 角度的位置上,翼形成一个倒立的锥体。桨叶从桨毂旋转平面扬起的角度叫锥角。桨叶产生的拉力约 为桨叶本身重量的10一15倍,但桨叶的惯性和离心力更大(通常约为桨叶拉力的十几倍),所以锥角 7 PdfcreatedwithpdffactorYtrialversionwww.pdffactory.com
7 根据以上假设可以作出描述旋翼在： 垂直上升状态下滑流的物理图像，如下图所示，图中选取三个 滑流截面， So、 S1 和 S2，在 So 面，气流速度就是直升机垂直上升速度 Vo，压强为大气压 Po，在 S1 的上面， 气流速度增加到 V1= Vo+v1，压强为 P1 上，在 S1 的下面，由于流动是连续的，所以速度 仍是 V1，但压强有了突跃 Pl 下＞P1 上，P1 下一 P1 上即旋翼向上的拉力。在 S2 面，气流速度继续增 加至 V2=Vo+v2，压强恢复到大气压强 Po。 这里的 v1 是桨盘处的诱导速度。v2 是下游远处的诱导速度，也就是在均匀流场内或静止空气中所 引起的速度增量。对于这种现象，可以利用牛顿第三用动定律来解释拉力产生的原因。 旋翼的锥体 在前面的分析中，我们假定桨叶位：桨毂旋转平面内旋转。实际上，目前的直升机都具水平铰。旋 翼不旋转时，桨叶受垂直 向下的本身重力的作用(如下图左)。旋翼旋转 时，每片叶上的作用力除自身重 力外， 还有空气动力和惯性离心力。空气动力拉力向上的分(T)方向与重力相反，它绕水平铰构 成的力 矩，使桨叶上挥。惯性离心力(F 离心)相对 水乎铰所形成的力矩，力求使桨叶在桨毂 旋转平面内旋转(如 下图右)。在悬停或垂直飞 行状态中，这三个力矩综合的结果，使得 桨叶保持在与桨毂旋转平面成某一 角度的位置上，翼形成一个倒立的锥体。 桨叶从桨毂 旋转平面扬起的角度叫锥角。桨叶产生的拉力约 为桨 叶本身重量的 10 一 15 倍，但桨叶的惯性和离心力更 大(通常约为桨叶拉力的十几倍)，所以锥 角 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
实际上并不大,仅有3度一5度 锥角 叶 叶 http://asp2.6to23.com/ehelicopter/principle/s1/p07.gifI667x191 悬停时功率分配 从能量转换的观点分析,直升机在悬停状态时(如下图)发动机输出的轴功率,其中约90%用于旋翼 分配给尾桨、传动装置等消耗的轴功率加起来约占10%。旋翼所得到的90%的功率当中,旋翼型阻 功率又用去20%,旋翼用于转变成气流动能以产生拉力的诱导功率仅占70% 旋翼诱导功率 旋翼型阻功率 90% 轴功率 尾桨功率 其他杂项10% 附件传动 传动损失 图2.1-16悬停时典型功率分配 http://asp2.6to23.com/ehelicopter/principle/sl/p02.gif655x423 旋翼拉力产生的涡流理论 根据前面所述的理论,只能宏观地确定不同飞行状态整个旋翼的拉力和需用功率,但无法得知沿旋 翼桨叶径向的空气动力载荷,无法进行旋设计。为此,必须进一步了解旋翼周围的流场,即旋冀桨叶作 PdfcreatedwithpdffactorYtrialversionwww.pdffactory.com
8 实际上并不大，仅有 3 度一 5 度。 http://asp2.6to23.com/ehelicopter/principle/s1/p07.gif | 667 × 191 悬停时功率分配 从能量转换的观点分析，直升机在悬停状态时(如下图) 发动机输出的轴功率，其中约 90％用于旋翼， 分配给尾桨、 传动装置等消耗的轴功率加起来约占 10％。旋翼 所得到的 90％的功率当中，旋翼型阻 功率又用去 20％，旋翼用于 转变成气流动能以产生拉力的诱导功率仅占 70％。 http://asp2.6to23.com/ehelicopter/principle/s1/p02.gif | 655 × 423 旋翼拉力产生的涡流理论 根据前面所述的理论，只能宏观地确定不同飞行状态整个旋翼的拉力和需用功率，但 无法得知沿旋 翼桨叶径向的空气动力载荷，无法进行旋设计。为此，必须进一步了解旋翼周围的流场，即旋 冀桨叶作 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
用于周围空气所引起的诱导速度,特别是沿桨叶的诱导速度,从而可计算桨叶各个剖面的受力分布。 在理论空气动力学中,涡流理论就是求解任一物体(不论飞机机翼或旋翼桨叶)作用于周围空气所引 起的诱导速度的方法。从涡流理论的观点来看,旋翼桨叶对周围空气的作用,相当于某一涡系在起作 用,也就是说,旋翼的每片桨叶可用一条(或几条)附着涡及很多由桨叶后缘逸出的、以螺旋形在旋翼下 游顺流至无限远的尾随涡来代替。 按照旋翼经典涡流理论,对于悬停及垂直上升状态(即轴流状态),旋翼涡系模型就像一个半无限长 的涡拄,由一射线状的圆形涡盘的附着涡系及多层同心的圆柱涡面(每层涡面由螺旋涡线所组成)的尾迹 涡系两部分所构成(如下图所示)。 悬停 ttp://asp2. 6to23 com/helicopter/principle/sl/p04. gif I 660 x 457 直升机旋停、垂直上升状态的涡柱 这套涡系模型完全与推进螺旋桨的情况相同。至于旋冀在前飞状态的涡系模型,可以合理地引伸为 个半无限长的斜向涡柱,由一圆形涡盘的附着涡系及多层斜向螺旋涡线的斜向涡面的尾迹涡系两部分 PdfcreatedwithpdffactorYtrialversionwww.pdffactory.com
9 用于周围空气所引起的诱导速度，特别是沿桨叶的诱导速度，从而可计算桨叶各个剖面的受力分布。 在理论空气动力学中，涡流理论就是求解任一物体(不论飞机机翼或旋翼桨叶)作用于周围空气所引 起的诱导速 度的方法。从涡流理论的观点来看，旋翼桨叶对周围空气的作用， 相当于某一涡系在起作 用，也就是说，旋翼的每片桨叶可 用一条(或几条)附着涡及很多由桨叶后缘逸出的、以螺旋形在旋翼下 游顺流至无限远的尾随涡来代替。 按照旋翼经典涡流理论，对于悬停及垂直上升状态(即轴流状态)，旋翼涡系模型就像 一个半无限长 的涡拄，由一射线状的圆形 涡盘的附着涡系及多层同心的圆柱涡面(每层涡面 由螺旋涡线所组成)的尾迹 涡系两部分所构成(如下图所示)。 http://asp2.6to23.com/ehelicopter/principle/s1/p04.gif | 660 × 457 直升机旋停、垂直上升状态的涡柱 这套涡系模型完全与推进螺旋桨的情况相同。至于旋冀在前飞状态的涡系模型，可以合 理地引伸为 一个半无限长的斜向涡柱，由一圆形涡盘的附着涡系及多层斜向螺旋涡线的斜向涡面的尾迹涡系两部分 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
所构成(如下图所示) http.://asp2.6to23.com/ehelicopter/principle/sl/p05.gifi760x457 直升机前飞状态的涡柱 直升机的反扭矩 直升机飞行主要靠旅翼产生的拉力。当旋翼由发动机通过旋转轴带动旋转时,旋翼给空气以作用力 矩(或称扭矩,空气必然在同一时间以大小相等、方向相反的反作用力矩作用于旋翼(或称反扭矩),从 而再通过旋翼将这一反作用力矩传递到直升机机体上。如果不采取措施予以平衡,那么这个反作用力 矩就会使直升机逆旋翼转动方向旋转。如右图所示 护 旋翼的布局形式 旋翼之所以会出不同的布局型式,主要是因平衡旋翼轴带动旋翼转动工作时,空气作用其上的反作 用力矩所采取的方式不同而形成的。 为了平衡这个来自空气的反作用力矩,有两种常见的办法,组合形成了现代多种旋翼布局型式 PdfcreatedwithpdffactorYtrialversionwww.pdffactory.com
10 所构成(如下图所示)。 http://asp2.6to23.com/ehelicopter/principle/s1/p05.gif | 760 × 457 直升机前飞状态的涡柱 直升机的反扭矩 直升机飞行主要靠旅翼产生的拉力。当旋翼由发动机通过旋 转轴带动旋转时，旋翼给空气以作用力 矩(或称扭矩)，空气 必然在同一时间以大小相等、方向相反的反作用 力矩作用于旋翼(或称反扭矩)，从 而再通过旋 翼将这一反作用力矩传递到直升机 机体上。如果不采取措施予以平衡，那么这个反作用力 矩就会 使直升机逆旋翼转动方向旋转。如右图所示。 旋翼的布局形式 旋翼之所以会出不同的布局型式，主要是因平衡旋翼轴带动旋翼转动工作时，空气作用其上的反作 用力矩所采取的方式不同而形成的。 为了平衡这个来自空气的反作用力矩，有两种常见的办法，组合 形成了现代多种旋翼布局型式， PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com