自转旋翼介绍2--德国轻型飞机

德国轻型飞机有限公司1第十章旋翼机技术知识介绍和范围升力,重力,推力和阻力升力重力推力(引擎开动)推力(引擎关闭时)阻力与旋翼有关的术语材质浆叶载荷，旋翼盘载荷以及坚固比率旋翼盘桨叶载荷,旋翼盘载荷和坚固率浆叶失调跟踪构图旋转轴和旋翼推力自转升力的基本原理垂直气流水平气流旋翼尖处的相对气流德国轻型飞机有限公司2旋翼中间的相对气流旋翼根部的相对气流旋翼上各区域向前飞行时的自转两个旋翼之间空速的不同升力的不对称拍打中趋于平衡迎面气流的进一步影响反向流动退浆失速减少旋翼上的压力成锥形与旋翼叶毂科里奥利效应：为什么旋翼是下悬式的加油门时需要给踏板再加点压力重心推进器推力和旋翼机稳定性旋翼的推力和旋翼机稳定性高度和速度图表悬吊检查德国轻型飞机有限公司3第十章旋翼机技术知识介绍和范围这一章包括所有那些需要掌握的旋翼机空气动力学的基本知识。这包含全部旋翼机飞行员应熟悉的专业术语。结合上一章的详细论述，通过这一章内容的学习，你应该能轻松地通过旋翼机的技术考试。我在本书的结尾为大家准备了一套例题。升力，重力，推力和阻力如同任何其它类型的飞机一样，有4种基本的作用力作用在旋翼机上。它们是：升力，重力，推力和阻力。升力升力由旋翼系统产生。旋翼产生一种力叫旋翼推力，这包括两个成份，即升力(垂直成份)和阻力(水平成份)。而使旋翼机飞翔在空中的是升力。旋翼推力正常情况下是一个向后的作用力，是升力和阻力的合力。重力重力通常被认为是旋翼机的自重加上乘员和油料的总和，然而由于空气动力的效果，重力通常由于重力载荷而成倍增加，每当旋翼机侧滑时重力载荷都会增加。例如，进行60度角侧倾斜转弯时，其水平航姿的载荷因数为2，这样由于空气动力作用，旋翼机的重力是停在地面时重力的2倍。下面的表格给出了不同侧滑角下大致的重力载荷。德国轻型飞机有限公司4侧滑角重力载荷30度1.145度1.260度275度3.5由于旋翼机的旋翼切割气流，无论侧滑角多大，旋翼机都不会拉出4个G的载荷。由于旋翼的转速随着载荷因数的增加而增加且载荷因数有限，因此，想要使旋翼过压或过速都是不可能的。推力(引擎开动)推力由连接到引擎的推进器产生，并推动旋翼机向前移动。当旋翼机在空中飞行时，引擎带给推进器的扭矩对机身具有数量相同但方向相反的作用力。这意味着引擎试图按与推进器转动方向相反的方向扭动旋翼机机身。然而由于推进器和机身相比质量相差很大，作用在机身轴线上的轻微扭矩难以察觉且可忽略不计。例如，起飞加大油门时可能会导致沿轴线的扭转，这可以通过调整操纵杆来纠正。就MT—03型旋翼机而言，当加大油门时，机身轻微地向右转，这需要向左搬杆来纠正。此外，正如本书第四章谈到的，加油门时推进器产生的螺旋尾流也会使旋翼机偏航，MT—03型旋翼机在加油门时，机身会向左偏航，这需要踩右踏板来保持平衡。德国轻型飞机有限公司5推力(引擎关闭时)在空中，引擎关闭后，操纵杆一定要向前推，这样可以创造一个大俯角的航姿以便保持速度。这种机头下俯的航姿意味着旋翼推力有一个向前的成份。由于大部分旋翼推力是向前的，那么可获得的升力的垂直成份就很少。旋翼机的下降速度就会增加。当旋翼机下降时，合成气流仍旧从旋翼的下面向上流动而非从上向下流。阻力同任何其它旋翼机一样，旋翼机有三种阻力，外表形状阻力，诱导阻力和寄生阻力。外表形状阻力是指旋翼切割气流强迫气流分子分开的阻力。它由二部分组德国轻型飞机有限公司6成。其一是形状阻力，这与旋翼外形的空气动力状况有关，其二是表面摩擦力，这与旋翼的表面光滑度有关。当速度增加时，外表形状阻力相应增加。诱导阻力是由出现在旋翼尖端或尾翼后端的螺旋气流造成的。一般来讲，向前的空速越快，产生的诱导阻力就越小。诱导阻力是阻力在低空速时的主要来源。寄生阻力是由旋翼机穿过空气产生的。当空气冲击主立柱轴，机身挡风玻璃等部位时就会产生阻力。随着空速的提高，寄生阻力也快速增加。前面提到的旋翼阻力是旋翼剖面阻力和诱导阻力的合力。从下面的图表中我们能看出，旋翼机的总阻力是上面提到的各种阻力的总和。旋翼机飞行中总阻力最低时的速度提供了最佳的升力∕阻力比率。也正是以这个速度飞行时旋翼机性能发挥的最好。与旋翼有关的术语材质旋翼通常由铝或复合材料制成。MT—03配有挤压成型的铝制浆叶。铝制浆叶有种优点，就是在雨天飞行也不会造成损坏。复合材料的浆叶易于受雨水侵蚀而形成“点蚀”也容易受潮气侵蚀。旋翼浆叶的部位德国轻型飞机有限公司7顺翼展方向的旋翼的重心通常在从旋翼前缘向后25%的翼弦线上，这提供了稳定的飞行控制。旋翼盘旋翼盘是由旋转的旋翼形成的圆盘。浆叶载荷，旋翼盘载荷以及坚固比率浆叶载荷是旋翼机分布在浆叶各区域的重量。这种载荷还由于重力因素而倍增。旋翼盘载荷是旋翼机分布在旋翼盘各区域的重量，坚固比率是旋翼叶片区域同旋翼盘区域的比例。浆叶失调两个单个旋翼成对匹配至关重要，这样可以确保他们具有完全相同的重量，尺寸以及沿着翼展的重量分配。正常情况下，制造商都会提供两个预先配平的旋德国轻型飞机有限公司8翼浆叶和一个旋翼叶毂。即使如此，极微小的差异也是在所难免，尤其是在野外机场的起飞线间用拖车将旋翼定期地拆装时，有两个后果，可以使叶片失准。这些被称为跟踪和构图。如果旋翼轨迹不一致或构图不对称，通常情况下，操纵杆会剧烈抖动，旋翼每转一圈就抖动一次。跟踪当旋翼以飞行转速转动时，如果两个浆叶的翼尖平面路径相同则旋翼将准确地跟踪。实际上，他们即便有1\2的误差也不会有严重的不良影响。为了略微改变其中一个旋翼的坡度通常在其中一个旋翼和旋翼叶毂之间插入非常薄的垫片，这样也就最终改变了旋翼叶尖平面的路径。浆叶跟踪的传统作法如下：·将彩色颜料涂在浆叶的尖端，每个尖端涂上不同的颜色。·尽可能按照飞行速度预转浆叶。·将一卷手纸套在一根棍上，然后将这卷手纸慢慢地贴近飞转的浆叶尖端，刚好碰上即可。·看看贴在手纸上的两种颜色是不是在同一位置。·这种做法不太专业，但很有效!工厂通常用动力测试架和摄影技术来做浆叶跟踪检查，就MT—03而言，浆叶跟踪测试都由制造厂来做，厂家通过对浆叶的调整校正，机械加工或添加垫片到跷跷板固定头下端来使浆叶跟踪达到精准。构图装配浆叶时，关键是要使两个浆叶准确成180度角分开，而且要完美对齐。一般的作法是：在两个旋翼尖端的后缘之间拉紧一段绳子，并确保绳子穿过旋翼叶毂的中心。旋翼叶毂常常标出一个中心点也就是为了这个目的。细微的调整通常可以通过拧松固定旋翼和旋翼叶毂的螺栓，作好微小的对齐调整(或称构德国轻型飞机有限公司9图)，然后根据具体的力矩拧紧螺栓。MT—03制造商可以保证他们的旋翼在装配时就已完成了构图工序(只要没有人摆弄它们)。一般的作法是对螺栓和螺栓孔进行精确加工以便使旋翼的装配达到一个精准的公差。旋转轴和旋翼推力旋翼轴永远与旋翼尖端平面路径相垂直。通常情况下，旋翼向后倾斜，因此，通常情况下旋转轴也向后倾斜。在转弯时，旋转轴倾斜角永远同旋翼机的侧滑角相同。旋翼的推力永远是沿着旋转轴的力的合力。旋翼的推力永远由垂直成份(升力，用于维持旋翼机在空中)和水平成份构成。如果水平的成份偏向一侧则旋翼机将转弯。如果水平成份向前，旋翼机就将加速(当你大俯度压低机头时，这种情况就会发生)。如果旋翼的推力向后，旋翼机就将减速。正常情况下，推进器产生的推力要远大于旋翼产生的向后的推力，因此在动力飞行时，旋翼机向前飞。自转德国轻型飞机有限公司10升力的基本原理旋翼的坡度角是水平面与旋翼(是经过旋翼前缘和后缘之间的一条想象出来的线)之间的夹角，一架旋翼机旋翼的坡度角由制造商来确定。相对气流是作用在旋翼上且与旋翼转动方向相反的合成气流。我们称相对气流与翼旋构成的角为迎角。在上面的图示中，表示相对气流那根线只是作为象征而已，迎角可以比坡度角小、与坡度角相同或者比坡度角大，这要看风从哪里来。旋翼上产生的升力总是与相对气流成90度角。作用在旋翼上的阻力总是与相对气流的方向相同。旋翼有一个最佳的迎角，旋翼处于该迎角时可获得最大的升力。通常该迎角在12--14度左右。迎角超出这个范围，旋翼产生的升力就会变小，最终就会象传统机翼一样出现失速现象，与此同时，旋翼的阻力也会急剧增加。迎角小于这个范围，旋翼产生的升力就会减少，但阻力也会减少。空气动力压力的中心是一个翼弦线上的一个想象出来的点，我们认为所有空气动力的作用力都集中在该点上。当旋翼的迎角增加时，空气动力压力的中心会沿着翼弦线向旋翼前缘移动。垂直气流因此，即使旋翼的坡度角保持不变，沿着整个旋翼翼展的相对气流和迎角也不同。如果考虑到旋翼机在引擎关闭零空速情况下垂直下落，这就很容易解释了。如果旋翼机正垂直下落，我们假定此刻正匀速下落，就会有气流垂直地作用在旋翼的底部。我们称这股气流为流入气流。这股气流会持续向上流过旋翼。德国轻型飞机有限公司11水平气流旋翼旋转并形成一个圆。如果考虑到沿着翼展有许多个点，那么每一点转一圈形成的圆的周长都不同，点离翼尖越近，形成的圆越大。由于整个旋翼的转速是匀速的，比如说，转一圈花1∕5秒(300rpm)，这意味着旋翼上每一点线速度一定不同，翼尖速度最快，翼根速度最慢。这一线速度与流过旋翼上各点的水平气流速度相同。旋翼尖处的相对气流下面的示意图显示了翼尖处的垂直气流和水平气流的相对尺寸。合成气流偏向于气流水平成份。因此导致一个很小的迎角。德国轻型飞机有限公司12旋翼的尖端所承受的合力有许多垂直的成份，有利于维持旋翼机在空中飞行(好!)，然而它还有一个向后的成份试图使旋翼速度减慢下来(不好!)。旋翼中部的相对气流下面的示意图显示了作用在旋翼中部水平和垂直气流的相对尺寸。作用在旋翼中部的合力指向旋翼压力中心的前面，当这个压力产生以后，它主动地拉动旋翼向前旋转。这是自转力(很好!)。旋翼根部的相对气流下面的示意图显示了作用在旋翼根部的水平和垂直气流的相对尺寸。对于飞行来讲，这点上的迎角太大，旋翼在这点失速。这点试图使旋翼转速减慢下来(不好!)。德国轻型飞机有限公司13旋翼上各区域通过上面得到的信息，我们可以清晰地看出气流顺翼展流过三个区域。它们是：·被驱动区域，这一区域靠近翼尖，能产生最多的有用的垂直的升力，但试图使旋翼速度慢下来。·驱动区域，这一区域靠近旋翼的中部，它产生的自转力拉动旋翼转动。幸运的是，该力要远大于由被驱动区和失速区产生的阻力的合力。·失速区域，这一区域靠近翼根，它产生的阻力试图使旋翼转速减慢下来。每个区域的实际尺寸将依据实际情况而改变。一些情况后面会论述到。它们还可以在制造过程中通过沿着翼展扭曲浆叶来改变。在区域之间的接合点有一个平衡点，在那里，合力或者指向旋翼的前面或者指向旋翼的后面。下面的示意图代表着相同的信息，但是该图是从旋翼盘的正上方向下看的视图。德国轻型飞机有限公司14向前飞行时的自转为了完成旋翼机的旋翼自转图形，我们需要添加向前飞行的成份。这意味着有气流流过旋翼盘。当旋翼转动时，某一时刻，一个旋翼一定迎着(向前)气流，与此同时，另一个旋翼一定顺着气流(向后)。·我们称迎着气流的浆叶为前进浆叶。·我们称顺着气流的浆叶为后退浆叶。两个旋翼之间空速的不同加入一个迎面气流意味着气流经过前进浆叶和后退浆叶产生的空速不同。·前进浆叶上的空速为旋翼转速与迎面气流的速度之和。·后退浆叶上的空速为旋翼转速与迎面气流速度之差。如果旋翼的尖端以300mph的转速旋转，而迎面气流的速度为60mph。·前进浆叶的尖端会有360mph，而后退浆叶的尖端仅会有240mph的空速。正如前面讨论的，气流与旋翼上某点的迎角取决于速度。速度越快，迎角越小。这意味着，在向前飞行中，如下图所示，旋翼的三个区域是呈扁偏形的。德国轻型飞机有限公司15升力的不对称旋翼上产生的升力大小会受到空速的极大影响。空速越大，升力也越大。因此按理说旋翼盘前进一侧上产生的升力要比旋翼盘后退一侧上产生的升力要大，我们称其为升力不对称。如果旋翼盘两侧升力不对称，不就造成旋翼机向旋翼盘的退浆一侧倾翻吗？拍打中趋于平衡旋翼机之所以没有倾翻是由于旋翼跷跷板或拍打。这是一种旋翼围绕中心螺栓的跷跷板式的上下摇动，而中心螺栓连接着旋翼叶毂和旋翼头(我