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私人飞机网 > 飞机百科 > 直升机平飞原理
塞斯纳庞巴迪

直升机平飞原理

  直升机的前飞,特别是平飞,是其最基本的一种飞行状态。直升机作为一种运输工具, 主要依靠前飞来完成其作业任务。为了更好地了解有关直升机前飞时的飞行特点,从无侧滑 的等速直线平飞人手,有关上升率Vy不为零的前飞(上升和下降)留在下一节介绍。 直升机的水平直线飞行简称平飞。平飞是直升机使用最多的飞行状态,旋翼的许多特点 在乎飞时表现得更为明显。直升机平飞的许多性能决定于旋翼的空气动力特性,因此需要首 先说明这种飞行状态下直升机的力和旋翼的需用功率。

平飞时力的平衡

  相对于速度轴系平飞时,作用在直升机上的力主要有旋空拉力T,全机重力 G,机体的废阻力 X身及尾桨推力T尾。前飞时速度轴系选取的原则是: X铀指向飞行速度V方向; Y轴垂直于X轴向上为正,2轴按右手法则确定。保持直升机等速直线平飞的力的平衡条件为(参见图2.1—43) 。

平飞时力的平衡

X轴:T2=X身

Y轴: T1=G

Z轴:T3约等于T尾

  其中 Tl, T2, T3分别为旋翼拉力在 X, Y,Z三个方向的分量。 对于单旋翼带尾桨直升机,由于尾桨轴线通常不在旋翼的旋转平面内,为保持侧向力矩 平衡,直升机稍带坡度角 r,故尾桨推力与水平面之间的夹角为 y,T尾与T3方向不完全 一致,因为 y角很小,即cosr约等于1,故Z向力采用近似等号。

平飞需用功率及其随速度的变化

  平飞时,飞行速度垂直分量 Vv=0,旋翼在重力方向和Z方向均无位移,在这两个方向的分力不做功,此时旋翼的需用功率由 三部分组成:型阻功率——P型;诱导 功率——P诱;废阻功率——P废。其中第三项是旋翼拉力克服机身阻力所消 耗的功率。

  从上图可以看出,旋翼拉力的 第二分力 T2可平衡机身阻力 X身。对旋翼而言,其分力T2在X轴方向以速度V作位移。显然旋翼必须做功,P =T2V或P废=X身V,而机身废阻X身 在机身相对水平面姿态变化不大的情况 下,其值近似与V的平方成正比,这样 废阻功

平飞需用功率随速度的变化

率P废就可以近似认为与平飞速 度的三次方成正比,如上图中的点划线③所示。

   平飞时,诱导功率为P诱=TV,其中T为旋翼拉力, vl为诱导速度。当飞行重量不变 时,近似认为旋翼拉力不变,诱导速度271随平飞速度 V的增大而减小,因此平飞诱导功率 P诱随平飞速度V的变化如上图中细实线②所示。

  平飞型阻功率尸型则与桨叶平均迎角有关。随平飞速度的增加其平均迎角变化不大。所以P型随乎飞速度V的变化不大,如图中虚线①所示。

  图中的实线④为上述三项之和,即总的平飞需用功率P平需随平飞速度的变化而变化。 它是一条马鞍形的曲线:小速度平飞时,废阻功率很小,但这时诱导功率很大,所以总的乎 飞需用功率仍然很大。但比悬停时要小些。在一定速度范围内,随着平飞速度的增加,由于 诱导功率急剧下降,而废阻功率的增量不大,因此总的平飞需用功率随乎飞速度的增加呈下 降趋势,但这种下降趋势随 V的增加逐渐减缓。速度继续增加则由于废阻功率随平飞速度 增加急剧增加。平飞需用功率随 V的增加在达到平飞需用功率的最低点后增加;总的平飞 需用功率随 V的变化则呈上升趋势,而且变得愈来愈明显。

直升机的后飞

相对气流不对称,引起挥舞及桨叶迎角的变化

直升机的侧飞

   侧飞是直升机特有的又一种飞行状态,它与悬停、小速度垂直飞行及后飞 一起是实施某些特殊作业不可缺少的飞行性能。一般侧飞是在悬停基础上实施 的飞行状态。其特点是要多注意侧向力 的变化和平衡。由于直升机机体的侧向 投影面积很大,机体在侧飞时其空气动 力阻力特别大,因此直升机侧飞速度通 常很小。由于单旋翼带尾桨直升机的侧 向受力是不对称的,因此左侧飞和右侧 飞受力各不相同。向后行桨叶一侧侧飞,旋翼拉力向后行桨叶一例的水平分量大于向前行桨叶一侧的尾桨推力,直 升机向后方向运动,会产生与水平分量反向的空气动力阻力Z。当侧力平衡时,水平分量等于尾桨推力与空气动力 阻力之和,能保持等速向后行桨叶一侧侧飞。向前行桨叶一例侧飞时,旋翼拉 力的水平分量小于尾桨推力,在剩余尾桨推力作用下,直升机向民桨推力方向一例运动,空气动力阻力与尾桨推力反向,当侧力平衡时,保持等速向前行桨叶一侧飞行。

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