直升机空气动力学-前飞性能1

南京航空航天大学NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics直升机技术研究所InstituteofHelicopterTechnology直升机空气动力学HelicopterAerodynamics南京航空航天大学NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics直升机技术研究所InstituteofHelicopterTechnology直升机空气动力学HelicopterAerodynamics第六章直升机的需用功率和飞行性能建立稳定飞行时的外力平衡关系，计算各力和迎角。计算平飞需用功率，诱导、型阻、废阻三部分之总和随速度呈马鞍形变化；需用功率也随飞行高度而不同。依据平飞需用功率与发动机可用功率的关系，确定直升机的飞行性能。南京航空航天大学NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics直升机技术研究所InstituteofHelicopterTechnology直升机空气动力学HelicopterAerodynamics第一节力的平衡方程和旋翼迎角稳定（配平）飞行：力平衡，功率平衡1-1力的平衡方程旋翼力在水平面和铅垂线的投影：1-2旋翼迎角sin()cos()sin0cos()sin()cos0ssssTHQGTHG由上两式消去重力项，并改写为系数形式，得角度方程：cos])cos[(])sin[(TQsTHsCCCC南京航空航天大学NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics直升机技术研究所InstituteofHelicopterTechnology直升机空气动力学HelicopterAerodynamics直升机水平飞行时，θ＝0，即构造旋转面倾角，经简化，得或可见，阻力系数越大，旋翼须前倾越大，---不利；飞行速度越大，旋翼前倾越大----必须。讨论旋翼轴为何设计有构造前倾角？（Z-94度）TQsTHsCCCC)cos()sin(()57.3()QoHsTTCCCC)105)((60)(20TTxosCCSCS南京航空航天大学NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics直升机技术研究所InstituteofHelicopterTechnology直升机空气动力学HelicopterAerodynamics1-3废阻力不产生升力的部件的阻力。1，流线型部件的阻力：机身、短舱、整流罩等以平板紊流附面层的摩擦阻力系数计算，与Re和表面粗糙度有关。2，非流线型构件的阻力：起落架、挂架、撑杆等以压差阻力系数及迎风横截面积为基础，计入干扰。3，其他阻力：突出物、缝隙、内流（散热通道）等一般直升机，旋翼桨毂、起落架、机体三部分的阻力，各约占总阻力的1/4。阻力不易估算，尤其干扰效应。依靠吹风试验。南京航空航天大学NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics直升机技术研究所InstituteofHelicopterTechnology直升机空气动力学HelicopterAerodynamics第二节平飞需用功率诱导功率等效诱导速度随飞行速度迅速减小型阻功率随飞行速度略有增加废阻功率与速度的3次方成正比注意：平飞总功率随速度的变化呈马鞍形。ixfKKKKmmmm20(13)KiTdxmCvJ300()kfQxmCVCSV2701(15)4KxxpmCK南京航空航天大学NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics直升机技术研究所InstituteofHelicopterTechnology直升机空气动力学HelicopterAerodynamics功率曲线有极小值，以此速度飞行消耗功率最小；悬停需用功率大，是因为诱导功率大。随速度增加，诱导功率迅速减小，总功率下降。阻力正比于，因而废阻功率正比于，使高速飞行的需用功率很大。可用功率与需用功率之差值，可用于爬升。20V30V南京航空航天大学NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics直升机技术研究所InstituteofHelicopterTechnology直升机空气动力学HelicopterAerodynamics第三节基本飞行性能3-1平飞最大及最小速度1.功率限制发动机可用功率、直升机平飞需用功率都随飞行高度（空气密度）及大气条件（气温、湿度）而不同。高度增大，则需用功率增大(高速段除外），而发动机功率下降。两条曲线的交点，决定了极限速度。高度较大处，直升机无力悬停，更不能垂直上升。讨论：高度增大，为何需用功率会增大？南京航空航天大学NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics直升机技术研究所InstituteofHelicopterTechnology直升机空气动力学HelicopterAerodynamics第六章直升机的需用功率和飞行性能-82.气流分离、激波限制高速飞行时，前行桨叶外端会发生激波；后行桨叶会气流分离。造成振动、反操纵、需用功率突增，不可飞行。3.其他限制主减速器主轴交变弯矩操纵机构运动范围姿态、视界、稳定性(后飞）等讨论仅增大旋翼转速，两条限制线将怎样移动？南京航空航天大学NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics直升机技术研究所InstituteofHelicopterTechnology直升机空气动力学HelicopterAerodynamics3-2爬升性能和升限剩余功率可用来爬升：修正系数，计入平飞与斜升的气动差别。不同高度、不同速度下的剩余功率不同，可算出各高度的最大爬升率及爬升时间。斜爬升可达的最大高度称为动升限；垂直爬升的最大高度称为悬停升限。pskmin()KKypsTmmVkC可南京航空航天大学NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics直升机技术研究所InstituteofHelicopterTechnology直升机空气动力学HelicopterAerodynamics3-3续航性能续航性能：续航时间---最久留空时间航程—最大飞行距离由燃油量、耗油率、飞行速度确定。航时航程最低小时耗油率在久航（经济）速度附近，以此速度飞行最经济；最低公里耗油率在远航（有利）速度附近，以此速度飞得最远。ryhdGtqmin0maxminmax)/()(VNCGLNCGtxueryxueryhqkmqryKMdGLq南京航空航天大学NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics直升机技术研究所InstituteofHelicopterTechnology直升机空气动力学HelicopterAerodynamics综合性能曲线南京航空航天大学NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics直升机技术研究所InstituteofHelicopterTechnology直升机空气动力学HelicopterAerodynamics第四节地面效应直升机近地面悬停或慢飞时，旋翼产生同样拉力所需的功率较小，或旋翼以同等功率能产生更大的拉力。4-1地面效应的物理解释地面阻挡了旋翼尾流，使之不能自由膨胀加速，桨盘处的等效诱导速度也因之减小。由滑流理论：旋翼的诱导功率减小由叶素理论：诱速减小使剖面升力的后倾角度减小，同等迎角下诱导阻力减小，降低了所需的驱转扭矩。南京航空航天大学NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics直升机技术研究所InstituteofHelicopterTechnology直升机空气动力学HelicopterAerodynamics4-2地面效应的分析方法采用叠加法和镜象法得出有地效环境中的涡系模型，以此计算旋翼在地效条件下的轴向诱导速度。在地效中悬停时的诱速分布南京航空航天大学NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics直升机技术研究所InstituteofHelicopterTechnology直升机空气动力学HelicopterAerodynamics一定功率下，在地面效应中悬停时旋翼的拉力计算曲线飞行试验数据旋翼地面效应随飞行速度增大而迅速减小、消失。h/D南京航空航天大学NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics直升机技术研究所InstituteofHelicopterTechnology直升机空气动力学HelicopterAerodynamics4-3地面效应的实际应用1，地效内悬停升限（也称做有地效升限）是直升机的主要飞行性能之一。直升机利用地面效应，能够在比无地效悬停升限更高的地面附近悬停。该地面的最大海拔高度即是此直升机的地效外悬停升限。2，超载起飞在地效高度内超载悬停，然后转为前飞，当速度增加到有剩余功率时可转为爬升，完成起飞。3，气垫船、地效飞行器的气动原理。南京航空航天大学NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics直升机技术研究所InstituteofHelicopterTechnology直升机空气动力学HelicopterAerodynamics小结稳定飞行时，直升机上的外力平衡--计算各力，确定迎角。稳定平飞时，需用功率由诱导、型阻、废阻三部分组成，其总和随速度呈马鞍形变化：悬停时需用功率大，巡航飞行需用功率小，高速飞行需要大功率。平飞需用功率随高度而不同：悬停及低速段，因诱导功率为主，总功率随高度增大而增加；高速段变化不显著或趋势相反，因废阻功率及型阻功率随空气密度下降而减小。依据平飞需用功率与发动机可用功率的关系，可计算出直升机的飞行性能：最大及最小平飞速度，爬升率及爬升时间，悬停升限及动升限，远航速度及航程，久航速度及续航时间。但须检查：最大速度还受限于气流分离、激波及其他因素。直升机综合性能曲线，给出上述各个飞行性能数据。旋翼地面效应提高了直升机的悬停性能。