悬停飞行空气动力学.ppt

* * * * * * * * * * 南京航空航天大学 Nanjing University of Aeronautics Astronautics 直升机技术研究所 Institute of Helicopter Technology 高等直升机空气动力学 悬停飞行空气动力学 高等直升机空气动力学 航空宇航学院 参考书目 1 直升机性能及稳定性和操纵性(Helicopter Performance, Stability, and Control ) 美：Raymond W.Prouty（主要参考书） 2 直升机理论（Helicopter Theory） 美：Wayne Johnson 3 Principles of Helicopter Aerodynamics 美： J. Gordon Leishman 单位制及换算 秒 秒 时间 1b=0.45359kg 1kg=2.20462 b 质量 1ft=0.3048m 1m=3.2808 ft 长度 英制 国际单位制 项目 教学内容 悬停空气动力学 垂直飞行空气动力学 前飞空气动力学 性能分析 特殊性能问题 旋翼桨叶的翼型 旋翼的挥舞特性 教学方法 讲授为主： 基本问题 解题思路 数学表达 物理含义 结果 讨论 第一章 悬停飞行空气动力学 基本问题 解决方法 结果 讨论 第一节 悬停飞行空气动力学 的基本问题 旋翼的拉力 旋翼的扭矩 旋翼的功率 旋翼的诱导速度 旋翼的效率 …… 第二节 悬停飞行空气动力学 的解题方法 动量方法 叶素方法 动量——叶素组合方法 一 动量方法 1 旋翼拉力的产生 旋翼向下排压空气，形成旋翼尾流， 同时从上方吸入空气。 气流受到旋翼作用力，被加速、增压； 同时对旋翼施加反作用力，即是旋翼拉力。 讨论：旋翼拉力与升力，概念不同： 翼面升力垂直于来流速度 旋翼拉力沿转轴方向，是各桨叶的合力 2 解题的基本思路 利用动量理论求空气受旋翼的作用力； 利用作用力与反作用力原理求旋翼拉力； 3 滑流假定 滑流：空气无粘性、不可压缩 作用盘：旋翼是作用盘，产生稳定均布的诱导速度 流管：受旋翼作用的气流形成一流管，气流无扭转 诱导速度---旋翼的作用引起的速度变化（方向、大小） 讨论：各项假定的适宜性： 低速、常温、常规尺寸 ；（粘、波阻力） 多叶旋转、负扭及尖削；（修正系数） 流动有界面、扭速较小 4 数学表达 4.1 由动量定理，单位流量的动量改变等于 所受的同方向外力 根据质量守恒定律，单位流量 4.2 由动能定理，滑流动能的改变，等于旋翼输送给滑流的功率 即 将动量定理的 及 代入上式 得 即 旋翼在下游远处的诱导速度 ，等于桨盘处诱导速度 的2倍. 讨论：空气有粘性，动能会耗散。远处诱导速度 达不到 最大值约为 ，之后即减小，最终耗尽。 4.3 悬停飞行状态的拉力和诱导速度 悬停时，旋翼在原地运转， 空气被旋翼吸入，桨盘处的入流速度就是旋翼的诱导速度，即 旋翼滑流的单位流量 由滑流受力 且已知 ， 得: 写成无量纲形式有： 对样例直升机