直升机空气动力学第2章.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 直升机空气动力学基础 －－第二章 垂直飞行时的叶素理论 旋翼动力学国防科技重点实验室 直升机空气动力学 第二章 垂直飞行的叶素理论 旋翼动力学国防科技重点实验室 唐正飞 叶素理论的基本概念 桨叶翼型的空气动力特性 旋翼的空气动力特性 第一节 叶素理论的基本概念 目的： 求旋翼的拉力、阻力和功率等。 第一节 叶素理论的基本概念 方法： 桨叶由连续布置的无限多个桨叶微段（即叶素）组成 分析叶素的运动、受力情况，建立叶素的几何特性、运动特性和空气动力特性之间的关系 对叶素的空气动力沿桨叶和方位角积分，得到旋翼的拉力 和功率公式。 1-1 叶素的气动环境 叶素坐标系oxyz oz 桨叶的变距轴线 ox 旋转前进方向 oy 在翼型平面内垂直于XOZ 叶素的相对气流速度 w 垂直上升相对速度 旋转相对速度 当地诱导速度 1-2 角度关系 安装角 翼弦与构造旋转平面的夹角（桨距角） 来流角 相对气流与构造旋转平面的夹角 迎角 相对气流与翼弦的夹角 讨论：不可只按桨距大小推测升力或功率大小， 须关注上升率及下降率对迎角的影响。 第二节、桨叶翼型的空气动力特性 2-1 旋翼桨叶的常用翼型 几何特征： 由上、下弧线坐标给定 相对厚度 最大厚度位置 弯度 前缘半径 后缘角 2-2 升力、阻力特性曲线 升力特性曲线（失速前） 气动迎角 升力线斜率 阻力特性曲线 主要取自实验数据 极曲线 - 翼型升力系数与阻力系数的关系 图上的五个特征点： 型阻系数最小值 最有利状态点 最经济状态点 最大升力系数 零升阻力系数 2-3 对前缘的力矩特性曲线： 若升力合力作用点在 有 ， 对任一点 X 若使 则 翼弦上距前缘 的点称为翼型焦点，绕焦点的力矩不随升力变化，总等于零升力矩。 焦点位置是固定的，它不因迎角变化而移动。 常用翼型在低速下， 翼型气动合力的作用点称为压力中心 位置为 是随迎角变化的。 讨论：桨叶的变距轴线为何一般安置在焦点处 2-4 雷诺数的影响 翼型雷诺数 Re 体现气流粘性对空气动力的影响， 雷诺数越大，粘性的影响越小。 Re 对升力线斜率影响不大，对最大 升力系数影响显著， Re 越大 C ymax 越大。 雷诺数影响翼型摩擦阻力。一般是 型阻随雷诺数增大而减小。 2-5马赫数的影响 马赫数 M= V/a ， 体现气流压缩性的影响。 M 越大，压缩性的影响越显著。 马赫数对升力特性的影响 M数越大， 翼型最大升力系数越小， 但升力曲线斜率稍增。 马赫数对阻力特性的影响 M 数接近 1 时，翼型前缘 产生激波，阻力突增，称 阻力发散。 阻力发散马赫数 因迎角增大而下降。 马赫数对力矩特性的影响 力矩发散马赫数的确定： 讨论一　翼型的适用范围有限 　　迎角不能太大－－受限于气流分离（失速） 　　速度不能太大－－受限于阻力和力矩突增　 　　物理实质：气流粘性和可压缩性起作用