直升機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)-前飛理論介紹.ppt

1、,直升機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),第四章 前飛時(shí)旋翼槳葉的工作原理 旋翼和槳葉的相對(duì)氣流 槳葉的揮舞運(yùn)動(dòng) 槳葉的擺振運(yùn)動(dòng) 槳葉的變距運(yùn)動(dòng)及旋翼操縱原理,旋翼處于斜流狀態(tài)： 槳盤迎角 不等于 旋翼構(gòu)造軸系OXsYsZs 在前行槳葉一側(cè)： 右旋旋翼： 指向右方 左旋旋翼： 指向左方,第一節(jié) 旋翼和槳葉的相對(duì)氣流 1-1 旋翼的相對(duì)氣流 平行于構(gòu)造平面的速度系數(shù)， 前進(jìn)比： 垂直于構(gòu)造平面的速度系數(shù)， 流入比： 討論：各飛行狀態(tài)下旋翼構(gòu)造迎角、前進(jìn)比和入流比 （懸停飛行、垂直飛行、平飛）,1-2 槳葉的相對(duì)氣流 前飛時(shí)槳葉相對(duì)氣流圖 方位角、前行槳葉、后行槳葉 槳葉剖面的相對(duì)氣流速度：來自 旋轉(zhuǎn)、前進(jìn)、誘速、槳葉

2、揮舞 周向分量 r + Rsin 徑向分量 Rcos 軸向分量 r + Rsin 反流區(qū) 范圍：0 r - Rsin ，只在后行一側(cè)，是直徑為R的圓。,第二節(jié) 槳葉的吹風(fēng)揮舞運(yùn)動(dòng) 2-1 揮舞鉸容許槳葉上下?lián)]舞 氣流不對(duì)稱 槳葉升力不對(duì)稱 形成側(cè)翻力矩及根部大彎矩 設(shè)置揮舞鉸 槳葉隨升力增減而 上下?lián)]舞速度 使剖面迎角變化 槳葉升力趨于均衡消除了側(cè)翻力矩 揮舞鉸處彎矩為0 。 揮舞引起槳葉剖面的迎角改變：,2-2 揮舞運(yùn)動(dòng)方程 計(jì)入揮舞慣性力，寫出力矩平衡方程： 式中： 離心力力矩 揮舞慣性力矩 重力力矩 很小且是常數(shù)，不計(jì)；升力力矩暫不詳列，得：,或 與質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)方程相對(duì)比 可得出

3、結(jié)論： 1,揮舞運(yùn)動(dòng)是典型的周期性振動(dòng) 激振力矩是空氣動(dòng)力力矩，離心力矩 是恢復(fù)力矩，阻尼力矩含在氣動(dòng)力矩中。 方程的解可寫為 高階項(xiàng)量值很小，可只取到一階為止。,揮舞固有頻率正是旋翼的旋轉(zhuǎn)角頻率，因而一階揮舞是 對(duì)于一階空氣動(dòng)力諧波的共振（因阻尼很大，不發(fā)散）。 3 揮舞運(yùn)動(dòng)消除了旋翼傾翻力矩 將揮舞角表達(dá)式 代入揮舞運(yùn)動(dòng)方程， 得 對(duì)比 得 此式表明，槳葉的升力力矩不隨方位角變化，旋轉(zhuǎn)中保持常值。 揮舞運(yùn)動(dòng)自動(dòng)消除了氣流不對(duì)稱引起的旋翼側(cè)傾力矩。 討論：氣動(dòng)力矩是常值，怎么會(huì)是激振力？,2-3 揮舞運(yùn)動(dòng)的幾何圖象 揮舞角表達(dá)式中 錐度角 是常數(shù)項(xiàng)，與方位角無關(guān)， 表示各片槳葉向上抬起相同

4、的角度，形成倒錐軌跡，稱為 旋翼錐體。,后倒角 和側(cè)傾角 令： 表示槳葉在不同方位角處的揮舞角變化， 也代表旋錐體傾斜量： 各槳葉在方位 處都抬高 度，在 處都下垂 度，表明旋翼錐體向后傾倒了 角。 稱為旋翼后倒角。 同理，槳葉在方位 處 下垂了 ，在 處上臺(tái) 了 ， 稱為側(cè)傾角。,2-4 揮舞系數(shù)的物理意義 錐度角 取決于槳葉升力、重力和離心力各力矩中的常量部分的平衡。 軸流狀態(tài)如懸停時(shí)無斜吹風(fēng)， 后倒角 旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)周向氣流 r + Rsin 左右不對(duì)稱引起的揮舞。 揮舞相對(duì)速度形成迎角補(bǔ)償 與氣流速度相結(jié)合，使升力力矩保持不變。,側(cè)傾角 錐度角 以及旋翼誘導(dǎo)速度 分布前小后大，引起 前后槳

5、葉的剖面迎角不對(duì)稱，造成旋翼錐體向方位角 一側(cè)傾倒 度。,討論：吹風(fēng)揮舞的相位 旋翼槳盤處 流速左右不對(duì)稱， 引起旋翼縱向揮舞-后倒角 剖面迎角前后不對(duì)稱， 引起旋翼橫向揮舞-側(cè)傾角 如何理解這種 的相位差？,第三節(jié) 槳葉的擺振運(yùn)動(dòng) 槳葉上下?lián)]舞時(shí)，其質(zhì)心至旋轉(zhuǎn)中心的距離周期性 改變，會(huì)在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)產(chǎn)生科氏力，在槳根引起很大的 交變彎矩。 在槳根設(shè)置擺振鉸，容許槳葉在科氏力作用下前后 擺振，消除了交變彎矩。,擺振運(yùn)動(dòng)方程： 討論：擺振鉸能否設(shè)置在旋翼中心？,第四節(jié) 槳葉的變距運(yùn)動(dòng) 通過自動(dòng)傾斜器和變距鉸，使旋翼槳葉槳距 周期改變： 槳葉的升力隨之改變。 4-1 直升機(jī)的飛行操縱 升降-操縱旋翼

6、總槳距 ， 改變拉力大小 前后左右飛操縱槳葉周期變距 和 ， 改變旋翼錐體（拉力）傾斜方向和角度 航向-操縱尾槳總距，改變尾槳拉力值,4 -2 變距與揮舞等效 變距引起周期揮舞，使旋翼錐體傾斜。 周期變距改變了槳葉原先的升力，引起新的揮舞運(yùn)動(dòng)。 槳葉將在一個(gè)新的軌跡面上穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，相對(duì)該平面不再有 周期變距，即新的槳尖軌跡平面與操縱平面平行： 周期變距操縱引起同等大小的揮舞-變距與揮舞等效。 周期變距操縱 引起的揮舞角響應(yīng)，比操縱輸入滯后 ： 引起的揮舞為 前飛時(shí)，依靠操縱揮舞克服吹風(fēng)揮舞，并使旋翼錐體（拉力） 向所需要的方向傾斜，合成的揮舞角是：,第五節(jié) 偏置鉸旋翼和無鉸旋翼 5-1 偏置鉸旋

7、翼 為便于結(jié)構(gòu)布置及增大槳轂力矩，揮舞鉸不在旋轉(zhuǎn)中心，而是有偏置量 。計(jì)算揮舞力矩時(shí)對(duì)揮舞鉸（不是對(duì)旋轉(zhuǎn)中心）取矩，揮舞方程變?yōu)?式中 ，多在（3-5）% 偏置鉸旋翼的揮舞固有頻率略高于旋轉(zhuǎn)角頻率 ，對(duì)于吹風(fēng)及操縱的響應(yīng)不再恰好是共振，滯后略小于 。 對(duì)旋翼的空氣動(dòng)力特性無顯著影響，但會(huì)產(chǎn)生槳轂力矩，對(duì)直升機(jī)的平衡及操縱性與穩(wěn)定性有重要作用。,5-2 無鉸式旋翼 無揮舞鉸，槳葉以自身的柔性或槳轂中的柔性元件實(shí)現(xiàn)揮舞運(yùn)動(dòng)。 槳轂結(jié)構(gòu)及維護(hù)工作大為簡(jiǎn)化，改善了旋翼性能。 數(shù)學(xué)分析方法：把無鉸式旋翼當(dāng)作有偏置量、有約束剛度（扭簧）的有鉸式旋翼。,小 結(jié) 1，旋翼在斜流中運(yùn)轉(zhuǎn)，造成槳葉氣流及迎角不對(duì)稱。 2，為消除傾翻力矩，設(shè)置揮舞鉸，旋翼產(chǎn)生揮舞運(yùn)動(dòng)： 槳葉升力與離心力決定錐度角，斜流使