旋翼的空气动力介绍

(1)产生向上的升力用来克服直升机的重力。 即使直升机的发动机空中停车时, 驾驶员可通过操纵旋翼使其自转,仍可产生一定升 力,减缓直升机下降趋势。

(2)产生向酡箔挝棍前的水平分力克服空气阻 力使直升机前进,类似于飞机上推进器的作用(例 如螺旋桨或喷气发动机)。

(3)产生其他分力及力矩对直升机; 进行控制或机动飞行,类似于飞机上各操纵面的作用。 旋翼由数片桨叶及一个桨毂组成。工作时,桨叶与空气作相对 运动,产生空气动力;桨毂则是用来连接 桨叶和旋翼轴,以转动旋翼。桨叶一般通过铰接方式与桨毂连接(如下图所示)。

垂直上升状态为例

现以直升机处于垂直上升状态为例,应用滑流理论说明 旋翼拉力产生的原因。此时,将流过旋翼的空气,或正 确地说,受到旋翼作用的气流,整个地看做一根光滑流 管加以单独处理。假设:

空气是理想流体,没有粘性,也不可压缩;

旋转着的旋冀是一个均匀作用于空 气的无限薄的圆盘(即桨盘),流过桨盘的气流速度 在桨盘处各点为一常数;

气流流过旋翼没有扭转(即不考虑 旋翼的旋转影响),在正常飞行中,滑流没有周期性的变化。

根据以上假设可以作出描述旋翼在: 垂直上升状态下滑流的物理图像,如下图所示,图中选取三个滑流截面, So、 S1和 S2,在 So面,气流速度就是直升机垂直上升速度 Vo,压强为大气压Po,在 S1的上面, 气流速度增加到V1= Vo+v1,压强为P1上,在S1 的下面,由于流动是连续的,所以速度 仍是 V1,但压强有了突跃Pl下>P1上,P1下一P1上即旋翼向上的拉力。在S2面,气流速度继续增加至V2=Vo+v2,压强恢复到大气压强Po。

悬停时功率分配

从能量转换的观点分析,直升机在悬停状态时(如下图) 发动机输出的轴功率,其中约90%用于旋翼,分配给尾桨、 传动装置等消耗的轴功率加起来约占 10%。旋翼 所得到的90%的功率当中,旋翼型阻功率又用去20%,旋翼用于 转变成气流动能以产生拉力的诱导功率仅占70%。

直升机旋停、垂直上升状态的涡柱

这套涡系模型完全与推进螺旋桨的情况相同。至于旋冀在前飞状态的涡系模型,可以合 理地引伸为一个半无限长的斜向涡柱,由一圆形涡盘的附着涡系及多层斜向螺旋涡线的斜向涡面的尾迹涡系两部分所构成(如下图所示)。