直升機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)-前飛理論介紹.ppt

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,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(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?fù)]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?fù)]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)槭街?，ε多在?-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，斜流使錐體傾倒。3，旋翼旋轉(zhuǎn)與揮舞引起科氏力，令有擺振運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)。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(duì)于吹風(fēng)及操縱的響應(yīng)不再恰是共振。,