直升機空氣動力學-前飛理論介紹.ppt

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,直升機空氣動力學,第四章前飛時旋翼槳葉的工作原理旋翼和槳葉的相對氣流槳葉的揮舞運動槳葉的擺振運動槳葉的變距運動及旋翼操縱原理,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)旋翼和槳葉的相對氣流1-1旋翼的相對氣流平行于構(gòu)造平面的速度系數(shù)，前進比：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、前進比和入流比（懸停飛行、垂直飛行、平飛）,1-2槳葉的相對氣流前飛時槳葉相對氣流圖方位角、前行槳葉、后行槳葉槳葉剖面的相對氣流速度：來自旋轉(zhuǎn)、前進、誘速、槳葉揮舞周向分量＝?r+??Rsin?徑向分量＝??Rcos?軸向分量＝?r+??Rsin?反流區(qū)范圍：0r-?Rsin?，只在后行一側(cè)，是直徑為?R的圓。,第二節(jié)槳葉的吹風揮舞運動2-1揮舞鉸—容許槳葉上下?lián)]舞氣流不對稱?槳葉升力不對稱?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揮舞運動方程計入揮舞慣性力，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；升力力矩暫不詳列，得：,或與質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)方程相對比可得出結(jié)論：1,揮舞運動是典型的周期性振動激振力矩是空氣動力力矩，離心力矩是恢復力矩，阻尼力矩含在氣動力矩中。方程的解可寫為高階項量值很小，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，因而一階揮舞是對于一階空氣動力諧波的共振（因阻尼很大，不發(fā)散）。3揮舞運動消除了旋翼傾翻力矩將揮舞角表達式代入揮舞運動方程，得對比得此式表明，槳葉的升力力矩不隨方位角變化，旋轉(zhuǎn)中保持常值。揮舞運動自動消除了氣流不對稱引起的旋翼側(cè)傾力矩。討論：氣動力矩是常值，怎么會是激振力？,2-3揮舞運動的幾何圖象揮舞角表達式中錐度角是常數(shù)項，與方位角無關(guān)，表示各片槳葉向上抬起相同的角度，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)如懸停時無斜吹風，后倒角旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)周向氣流＝?r+??Rsin?左右不對稱引起的揮舞。揮舞相對速度形成迎角補償與氣流速度相結(jié)合，使升力力矩保持不變。,側(cè)傾角錐度角以及旋翼誘導速度分布前小后大，引起前后槳葉的剖面迎角不對稱，造成旋翼錐體向方位角一側(cè)傾倒度。,討論：吹風揮舞的相位旋翼槳盤處流速左右不對稱，引起旋翼縱向揮舞----后倒角剖面迎角前后不對稱，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)槳葉的擺振運動槳葉上下?lián)]舞時，其質(zhì)心至旋轉(zhuǎn)中心的距離周期性改變，會在旋轉(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。,擺振運動方程：討論：擺振鉸能否設(shè)置在旋翼中心？,第四節(jié)槳葉的變距運動通過自動傾斜器和變距鉸，使旋翼槳葉槳距周期改變：槳葉的升力隨之改變。4-1直升機的飛行操縱升降---操縱旋翼總槳距，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，引起新的揮舞運動。槳葉將在一個新的軌跡面上穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，相對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，依靠操縱揮舞克服吹風揮舞，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。計算揮舞力矩時對揮舞鉸（不是對旋轉(zhuǎn)中心）取矩，揮舞方程變?yōu)槭街校哦嘣冢?-5）%偏置鉸旋翼的揮舞固有頻率略高于旋轉(zhuǎn)角頻率，對于吹風及操縱的響應(yīng)不再恰好是共振，滯后略小于。對旋翼的空氣動力特性無顯著影響，但會產(chǎn)生槳轂力矩，對直升機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現(xiàn)揮舞運動。槳轂結(jié)構(gòu)及維護工作大為簡化，改善了旋翼性能。數(shù)學分析方法：把無鉸式旋翼當作有偏置量、有約束剛度（扭簧）的有鉸式旋翼。,小結(jié)1，旋翼在斜流中運轉(zhuǎn)，造成槳葉氣流及迎角不對稱。2，為消除傾翻力矩，設(shè)置揮舞鉸，旋翼產(chǎn)生揮舞運動：槳葉升力與離心力決定錐度角，斜流使錐體傾倒。3，旋翼旋轉(zhuǎn)與揮舞引起科氏力，令有擺振運動以消除彎矩。4，為使旋翼向所需的方向傾斜所需的角度，令旋翼做變距運動。變距與揮舞等效。5，揮舞鉸偏置，旋翼可產(chǎn)生槳轂力矩。揮舞對于吹風及操縱的響應(yīng)不再恰是共振。,