直升机空气动力学第5章.ppt

直升机空气动力学基础 —第五章前飞时的旋翼理论 直升机空气动力学 第五章 前飞时的旋翼理论 旋翼动力学国防科技重点实验室 唐正飞 在轴流状态旋翼理论的基础上，计入桨叶的环境和运动，得到前飞状态的旋翼滑流理论、叶素理论和涡流理论。这些理论是直升机科技的基础。 第一节 前飞滑流理论 1-1 基本假定 与垂直飞行（轴流）状态的假定相同。速度为二维。 滑流边界仍以旋翼直径为基准： 讨论： 为何不以桨盘与来流的正交面积为基准？ 1-2 诱导速度 速度轴系OXVYVZV和旋翼构造轴系OXDYDZD 在速度轴系内 上游0－0截面处： 桨盘1－1截面处： 下游2－2截面处： 根据动量定理和动能定理，得： 结论： 在斜流状态，旋翼桨盘处的诱导速度在数值上等于下游很远处的诱导速度的一半，在方向上两者彼此平行。 这一结论与轴流状态的完全一致。 1-3 旋翼的拉力和功率 定常前飞时推力 升力 需用功率 代入 得到与轴流状态形式相同的式子： 但须注意 1-4 桨盘处诱导速度随前飞速度减小 由 得到 当 后，可 用 前飞滑流理论小结 1，诱导速度及拉力的公式，形式上与轴流状态的相同 ， 但速度的合成是按向量关系 即 2，前飞中，在保持旋翼拉力不变的条件下， 轴向诱导速度随前飞速度的增大而减小。 巡航飞行时诱导功率仅为悬停时 的 20% 以下。 诱导速度与前飞速度的关系图 第二节 前飞叶素理论 2-1 桨叶剖面气流及迎角 气流速度，源自: 飞行相对流速 旋转相对速度 挥舞相对速度 旋翼诱导速度 迎角变化： 即使无周期变距，桨叶任一剖面的气 动环境总是在周期性变化。每旋转一周， 在速度—迎角图上的轨迹成8字形。 桨盘平面上的剖面迎角分布很不 均匀，后行桨叶一侧迎角大，容易 发生气流分离。 桨叶挥舞是造成迎角变化大的主 要原因。迎角与速度相匹配，消除 了倾翻力矩。 2-2 旋翼空气动力 同轴流状态的处理方法一样， 把叶素的升力、阻力 转换 为旋翼的基元拉力和旋转阻力 旋翼空气动力在桨毂中心分解为： 拉力 T 沿旋翼轴，向上 后向力H 垂直于旋翼轴，顺风向后 侧向力 S 指向方位角90度方向 反扭矩 Mk 与旋转方向相反 依据桨叶挥舞角和所在的方位角， 旋翼各基元力由 构成 积分、无量纲化，如拉力系数 对于最简单的矩形桨叶、诱速均布且无周期变距的旋翼， 同样办法，可得 基元功率系数为 经简化，得 形式与轴流的相同，只是增加了拉进功率一项及速度修正。 第三节 挥舞运动系数 在挥舞运动方程中，气动力矩 为了解挥舞方程，把上式展开为富氏级数： 对于最简单的情况， 即 代入挥舞运动方程