無人機(jī)飛行原理-第08章 無人直升機(jī)飛行性能

單旋翼無人機(jī)第8章無人直升機(jī)飛行性能18.1密度高度√密度高度是指飛行高度上的實(shí)際空氣密度在標(biāo)準(zhǔn)大氣中所對(duì)應(yīng)的高度。通過密度高度圖可以了解氣壓高度與密度高度之間的關(guān)系。28.2懸停性能√懸停是直升機(jī)區(qū)別于常規(guī)固定翼飛機(jī)的一種特有的飛行狀態(tài)。直升機(jī)在一定高度上航向和位置都保持不變的飛行狀態(tài)，叫做懸停。38.2懸停性能√保持懸停的條件□直升機(jī)無風(fēng)懸停時(shí)速度為零，此刻旋翼拉力在縱向水平方向的第二分力應(yīng)為零。同時(shí)，應(yīng)使旋翼拉力的第一分力與直升機(jī)的重力相等，以保持直升機(jī)高度不變。48.2懸停性能5√懸停的操縱原理□懸停中應(yīng)用總距桿保持高度，用駕駛桿的前、后、左、右保持直升機(jī)不移位，用舵保持好方向。但必須指出：駕駛桿、舵和總距桿三者的操縱不是孤立的，而是相互影響的，只有配合使用得當(dāng)，才能做到穩(wěn)定懸停。因此，操縱時(shí)要做到柔和、協(xié)調(diào)和相互配合。□在懸停的基礎(chǔ)上，僅作改變航向的飛行狀態(tài)，叫做懸停轉(zhuǎn)彎。懸停轉(zhuǎn)彎是直升機(jī)在接近地面實(shí)施方向機(jī)動(dòng)經(jīng)常采用的飛行狀態(tài)。在風(fēng)速不大的條件下，直升機(jī)可向左、向右做任意角度的轉(zhuǎn)彎。8.2懸停性能√影響懸停的因素□1．地面效應(yīng)對(duì)懸停的影響。在發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率一定的情況下，直升機(jī)距離地面的高度小于旋翼直徑，受地面效應(yīng)的作用，直升機(jī)懸停時(shí)的旋翼拉力，隨著直升機(jī)距離地面越近，旋翼拉力增加。地面效應(yīng)還與海拔高度有關(guān)。海拔高度高，空氣密度減小，地面效應(yīng)隨之減弱?！?．風(fēng)對(duì)懸停的影響。68.3垂直飛行√直升機(jī)垂直飛行是指在懸?；A(chǔ)上垂直上升或垂直下降的飛行狀態(tài)?！檀怪鄙仙鄙龣C(jī)在懸停的基礎(chǔ)上做垂直上升，首先應(yīng)柔和地增加總距，在槳葉槳距增大的初始階段，旋翼拉力大于重力，直升機(jī)加速上升；隨著上升率的增大，槳葉來流角也不斷增大，槳葉迎角減小，當(dāng)來流角的增量與總距的增量基本相等時(shí)，旋翼拉力等于直升機(jī)重力，加速上升的力消失，保持穩(wěn)定垂直上升。78.3垂直飛行√垂直下降直升機(jī)在懸停的基礎(chǔ)上做垂直下降，首先應(yīng)減小旋翼總距，減小旋翼拉力，使拉力小于直升機(jī)重力，進(jìn)行垂直下降。此時(shí)旋翼反作用力矩減小，直升機(jī)將向旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)。為保持方向平衡，必須減小尾槳拉力。同時(shí)不使直升機(jī)出現(xiàn)側(cè)向移位和滾轉(zhuǎn)。88.4旋翼失速9□對(duì)于常規(guī)固定翼飛機(jī)而言，失速往往會(huì)在低速情況發(fā)生，機(jī)翼低速性能受到失速的限制。而對(duì)于直升機(jī)而言，情況恰恰相反，失速往往在高速的情況下發(fā)生，直升機(jī)的高速性能受到失速限制，被稱為旋翼失速?！跣硎佻F(xiàn)象包括前行槳葉失速和后行槳葉失速。在旋翼后行槳葉上會(huì)出現(xiàn)高迎角引起的動(dòng)態(tài)失速，在前行槳葉上則會(huì)出現(xiàn)因?yàn)榧げㄕT導(dǎo)前緣分離引起的激波失速，這都會(huì)影響直升機(jī)的性能和操縱。□動(dòng)態(tài)失速是指翼型迎角或來流條件急劇變化，由附面層分離而帶來的一種非定常流動(dòng)現(xiàn)象。8.4旋翼失速□動(dòng)態(tài)失速具有時(shí)變和動(dòng)態(tài)的特性，引起遲滯效應(yīng)和失速顫振現(xiàn)象。在迎角超過臨界迎角后的短時(shí)間內(nèi)，槳葉不會(huì)立刻發(fā)生失速，反而是升力系數(shù)繼續(xù)增加，此時(shí)最大升力系數(shù)是靜態(tài)情況下的近兩倍?！跻坏﹦?dòng)態(tài)失速渦離開翼型后緣流向下游，會(huì)伴隨升力急劇下降、阻力迅速增大、低頭俯仰力矩劇烈增大的失速或抖振現(xiàn)象。108.4旋翼失速11√動(dòng)態(tài)失速與靜態(tài)失速有本質(zhì)的區(qū)別:□動(dòng)態(tài)失速的氣動(dòng)力變化與靜態(tài)失速的不一樣。動(dòng)態(tài)失速情況下，氣流分離和失速的發(fā)展與靜態(tài)失速機(jī)制根本不同。靜態(tài)失速是在葉素迎角超過臨界迎角時(shí)發(fā)生；而動(dòng)態(tài)失速是槳葉隨著來流變化而產(chǎn)生的非穩(wěn)定復(fù)雜的反應(yīng)，當(dāng)槳葉角隨時(shí)間和方位變化時(shí)，或處在顛簸或垂直升降等非穩(wěn)定飛行狀態(tài)中，非定常氣動(dòng)效應(yīng)會(huì)促使葉素迎角變化很大，極易引發(fā)動(dòng)態(tài)失速。從某種程度上講，動(dòng)態(tài)失速使氣流分離推遲，且失速迎角變大，這意味著直升機(jī)旋翼不會(huì)丟失過多升力?！坦潭ㄒ盹w機(jī)只要迎角超過臨界迎角就一定進(jìn)入失速，即靜態(tài)失速；而直升機(jī)還需要更大迎角（動(dòng)態(tài)臨界迎角）才進(jìn)入動(dòng)態(tài)失速，故槳葉發(fā)生動(dòng)態(tài)失速時(shí)，迎角超過常規(guī)靜態(tài)失速迎角。8.4旋翼失速√前行槳葉失速□前行槳葉失速是限制直升機(jī)前飛最大速度的因素之一。□直升機(jī)在前飛速度較大的情況下，或者操縱引起過載因數(shù)較大的情況下，雖然前行

槳葉迎角小，但會(huì)發(fā)生激波分離，產(chǎn)生激波失速；而后行槳葉槳尖處在低

M

數(shù)下，若槳葉迎角會(huì)超過失速迎角，就會(huì)發(fā)生失速。128.4旋翼失速√后行槳葉失速□從本質(zhì)上講，后行槳葉失速與普通飛機(jī)機(jī)翼失速原因是一樣的。當(dāng)槳葉剖面迎角過大，超過了動(dòng)態(tài)臨界迎角，流過旋翼的氣流，產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣流分離，出現(xiàn)了大量的渦流，旋翼拉力不但不增加，反而明顯減小，同時(shí)旋轉(zhuǎn)阻力急劇增加，便產(chǎn)生了旋翼失速現(xiàn)象。138.4旋翼失速14□總之，前行槳葉失速和后行槳葉失速統(tǒng)稱為旋翼失速?！跸鄬?duì)空速大，迎角超過臨界迎角，以及在給定的空速下，槳葉載荷過大，都會(huì)引起槳葉失速。在低Ma數(shù)時(shí)，翼型前緣會(huì)失速；在高M(jìn)a數(shù)時(shí)，激波分離使槳葉前緣達(dá)到臨界條件之前就失速了?！跣硎俸螅鄙龣C(jī)通常會(huì)有明顯的振動(dòng)，緊接著帶有傾斜和抬頭趨勢(shì)。□改出旋翼失速的方法是：減小功率，下放總距桿；減小空速；減小操縱過載因數(shù)；增加轉(zhuǎn)速到最大額定值。8.5自轉(zhuǎn)狀態(tài)√自轉(zhuǎn)和渦環(huán)狀態(tài)是直升機(jī)所特有的空氣動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，也是關(guān)系飛行安全的重要問題。□自轉(zhuǎn)狀態(tài)是一種直升機(jī)降低高度的特殊飛行狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)不再向旋翼提供動(dòng)力，而是由氣動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)，這是直升機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)失效時(shí)能夠安全著陸的方法。158.5自轉(zhuǎn)狀態(tài)□在垂直自轉(zhuǎn)下降過程中，將槳盤分為3個(gè)區(qū)：□（1）制動(dòng)區(qū)：靠近槳尖，約占30%

旋翼半徑。氣動(dòng)合力方向偏向旋翼旋轉(zhuǎn)軸后側(cè)，產(chǎn)生的阻力減緩槳葉的旋轉(zhuǎn)?！酰?）驅(qū)動(dòng)區(qū)：也叫自轉(zhuǎn)區(qū)，處在25%到70%

旋翼半徑之間。氣動(dòng)合力方向偏向旋翼旋轉(zhuǎn)軸前側(cè)，其分量提供驅(qū)動(dòng)力，使旋翼加速旋轉(zhuǎn)?！酰?）失速區(qū)：靠近旋翼軸的內(nèi)側(cè)區(qū)域，約占25%旋翼半徑。此區(qū)域的槳葉角超過臨界迎角，產(chǎn)生的阻力使槳葉旋轉(zhuǎn)減慢。168.6渦環(huán)狀態(tài)17□直升機(jī)做垂直下降或以小空速飛行時(shí)，如果下降率較大，向上氣流會(huì)阻礙滑流運(yùn)動(dòng)，其中一部分空氣重新吸入旋翼中，這種現(xiàn)象描述了一種特殊的氣動(dòng)條件，即為渦環(huán)狀態(tài)?！鯗u環(huán)狀態(tài)出現(xiàn)后，將會(huì)造成氣流分離、低頻振動(dòng)、揮舞過度、周期變距的控制余度減小、產(chǎn)生額外噪聲以及升力減小等現(xiàn)象，此時(shí)駕駛桿操縱功效下降，或者根本沒有操縱功效，這是一種危險(xiǎn)的現(xiàn)象。8.6渦環(huán)狀態(tài)√渦環(huán)的形成□渦環(huán)就是強(qiáng)化的槳尖渦流。槳尖渦流是形成渦環(huán)狀態(tài)的內(nèi)因，而直升機(jī)的垂直下降則是形成渦環(huán)狀態(tài)的外因。188.6渦環(huán)狀態(tài)19√渦環(huán)的改出□（1）如果發(fā)現(xiàn)直升機(jī)垂直下降率增大，是由于發(fā)動(dòng)機(jī)功率不足引起的，則應(yīng)及時(shí)地增加總距，迅速增大發(fā)動(dòng)機(jī)功率，以制止下降率繼續(xù)增大?！酰?）如果增加總距也不能制止下降率繼續(xù)增大，在一定的高度以上則應(yīng)迅速地前推駕駛桿，使直升機(jī)產(chǎn)生前飛速度，把渦環(huán)吹掉，脫離渦環(huán)狀態(tài)?！酰?）如果操縱效能已降低或失效，推桿也無法增大前飛速度，則應(yīng)迅速減少總距到底，增大下降率，使自下而上的相對(duì)氣流速度增大，把繞著旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)流向旋翼上方吹掉。然后再推駕駛桿增大前飛速度，改出渦環(huán)狀態(tài)。這種方法損失高度較多，只有在高度較高或迫不得已時(shí)才采用。8.7斜坡起降20√斜坡起飛□（1）先減小總距增加旋翼轉(zhuǎn)速進(jìn)行起飛，然后朝上坡方向壓桿以使旋翼的槳盤平面與水平面平行，但不是與坡面平行?！酰?）穩(wěn)住駕駛桿，柔和地慢慢增加，滑橇承受直升機(jī)的重量越來越小，直升機(jī)下坡一側(cè)滑橇主管離地，此時(shí)應(yīng)注意保持方向?！酰?）隨著下坡一側(cè)的滑橇離地，直升機(jī)槳盤平面逐漸處于水平姿態(tài)，立刻將駕駛桿回歸到中立位置。此過程要做到動(dòng)作協(xié)調(diào)一致，盡量讓直升機(jī)保持在水平位置，用一側(cè)滑橇主管保持直升機(jī)懸停。同時(shí)保持直升機(jī)方向，或需要調(diào)整油門保持旋翼轉(zhuǎn)速。最后逐漸增加總距完成起飛。8.7斜坡起降21√斜坡著陸□（1）在最后進(jìn)近階段，操縱直升機(jī)往斜坡移動(dòng)，橫向?qū)?zhǔn)斜坡，尾槳切勿轉(zhuǎn)向上坡方向，使直升機(jī)在預(yù)定的接地點(diǎn)上空懸停。□（2）柔和地減小總距，讓直升機(jī)慢慢下沉，當(dāng)上坡一側(cè)滑橇主管觸地時(shí)，暫時(shí)讓直升機(jī)

在水平位置停頓片刻，即槳盤保持水平，然后往上坡方向壓桿以免直升機(jī)向下坡方向滑動(dòng)?！酰?）為了使下坡側(cè)滑橇繼續(xù)下沉，就要繼續(xù)減小總距，此