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1、关于直升机飞行原理及平衡第一张，PPT共十九页，创作于2022年6月直升机飞行原理及平衡直升机原理直升机原理直升机原理直升机原理l l纸飞机的飞行纸飞机的飞行l l纸飞机飞行中的纸飞机飞行中的l l水桶中的回旋力水桶中的回旋力l l直升机中的回旋力直升机中的回旋力直升机平衡直升机平衡直升机平衡直升机平衡l l平飞时的平衡平飞时的平衡l l平飞时力的平衡平飞时力的平衡l l平飞需用其随速度的变化功率及平飞需用其随速度的变化功率及l l平飞需用功率及其随速度的变化平飞需用功率及其随速度的变化l l平飞需用功率随速度的变化平飞需用功率随速度的变化l l直升机的后飞直升机的后飞l l直升机的侧飞直升机
2、的侧飞l l直升机的转动惯量直升机的转动惯量第二张，PPT共十九页，创作于2022年6月纸飞机的飞行第三张，PPT共十九页，创作于2022年6月纸飞机飞行中的.纸飞机受力情况纸飞机受力情况1.1.竖直方向竖直方向G-f1=fG-f1=f2.2.水平方向水平方向f2f2第四张，PPT共十九页，创作于2022年6月 n n因为在竖直方向上有风对飞机向上的分力的作用f1，从而减少重力对飞机作用。n n而在水平方向上有f2的作用，n n当 我们用力掷纸飞机时，飞机就轻而易举的飞起来n n而对于直升机的飞行还有一个“回旋力”的作用。第五张，PPT共十九页，创作于2022年6月水桶中的回旋力n n在水桶中
3、有 半桶水时，假如我们用一个木棒来觉拌，水面会上升。这是因为水是流体，当我们搅拌它是它受到回旋力的作用。第六张，PPT共十九页，创作于2022年6月直升机中的回旋力n n直升机工作时它的轮在高速旋转，形成高速空气流，这就是，前面所提到过的流体回旋。飞机就在这个力场上开始上升。第七张，PPT共十九页，创作于2022年6月直升机的 平衡问题n n 加载中.第八张，PPT共十九页，创作于2022年6月平飞时的平衡.n n相对于速度轴系平飞时，作用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在直升机上的力主要有旋空拉力力T T，全机重力，全机重力 G G，机体的废，机体的废阻力阻力 X X身及
4、尾桨推力身及尾桨推力T T尾。前尾。前飞时速度轴系选取的原则是：飞时速度轴系选取的原则是：X X铀指向飞行速度铀指向飞行速度V V方向；方向；Y Y轴垂直于轴垂直于X X轴向上为正，轴向上为正，2 2轴轴按右手法则确定。保持直升机按右手法则确定。保持直升机等速直线平飞的力的平衡条件等速直线平飞的力的平衡条件第九张，PPT共十九页，创作于2022年6月平飞时力的平衡n nX X轴：轴：T2=XT2=X身身n nY Y轴：轴：T1=G T1=Gn nZ Z轴：轴：T3T3约等于约等于T T尾尾n n其中其中 Tl Tl，T2 T2，T3 T3分别为旋翼拉力在分别为旋翼拉力在 X X，Y Y，Z Z
5、三个三个方向的分量。方向的分量。对于单旋翼带尾桨直升机，由于尾桨轴线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，为保持侧向力矩通常不在旋翼的旋转平面内，为保持侧向力矩 平衡，直平衡，直升机稍带坡度角升机稍带坡度角 r r，故尾桨推力与水平面之间的夹角为，故尾桨推力与水平面之间的夹角为 y y，T T尾与尾与T3T3方向不完全方向不完全 一致，因为一致，因为 y y角很小，即角很小，即cosrcosr约等约等于于1 1，故，故Z Z向力采用近似等号。向力采用近似等号。第十张，PPT共十九页，创作于2022年6月平飞需用功率及其随速度的变化（1）n n平飞时，飞行速度垂直分量平飞
6、时，飞行速度垂直分量 Vv=0 Vv=0，旋翼在重力方向和，旋翼在重力方向和Z Z方向均无方向均无位移，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 三部三部分组成：型阻功率分组成：型阻功率P P型；诱导型；诱导 功率功率P P诱；废阻功率诱；废阻功率P P废。废。其中第三项是旋翼拉力克服机身阻力所消其中第三项是旋翼拉力克服机身阻力所消 耗的功率。耗的功率。n n从上图可以看出，旋翼拉力的从上图可以看出，旋翼拉力的 第二分力第二分力 T2 T2可平衡机身阻力可平衡机身阻力 X X身。身。对旋翼而言，其分力对旋翼而言，其分力T2T2在在X X
7、轴方向以速度轴方向以速度V V作位移。显然旋翼必须做作位移。显然旋翼必须做功，功，P=T2VP=T2V或或P P废废=X=X身身V V，而机身废阻，而机身废阻X X身身 在机身相对水平面姿态变在机身相对水平面姿态变化不大的情况化不大的情况 下，其值近似与下，其值近似与V V的平方成正比，这样废阻功的平方成正比，这样废阻功第十一张，PPT共十九页，创作于2022年6月平飞需用功率及其随速度的变化（图）第十二张，PPT共十九页，创作于2022年6月平飞需用功率随速度的变化（3）n n率率P P废就可以近似认为与平飞速废就可以近似认为与平飞速 度的三次方成正比，度的三次方成正比，如上图中的点划线如上
8、图中的点划线所示。所示。n n平飞时，诱导功率为平飞时，诱导功率为P P诱诱=TV=TV，其中，其中T T为旋翼拉力，为旋翼拉力，vl vl为诱导速度。当飞行重量不变时，近似认为旋翼拉力不变，为诱导速度。当飞行重量不变时，近似认为旋翼拉力不变，诱导速度诱导速度271271随平飞速度随平飞速度 V V的增大而减小，因此平飞诱导的增大而减小，因此平飞诱导功率功率 P P诱随平飞速度诱随平飞速度V V的变化如上图中细实线的变化如上图中细实线所示。所示。n n平飞型阻功率尸型则与桨叶平均迎角有关。随平飞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。所以速度的增加其平均迎角变
9、化不大。所以P P型随乎飞速度型随乎飞速度V V的变化不大，如图中虚线的变化不大，如图中虚线所示。所示。第十三张，PPT共十九页，创作于2022年6月n n图中的实线图中的实线为上述三项之和，即总的平飞需用功率为上述三项之和，即总的平飞需用功率P P平需随平飞速度的变化而变化。平需随平飞速度的变化而变化。它是一条马鞍形的曲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，所以总的乎大，所以总的乎 飞需用功率仍然很大。但比悬停时要小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，由于些。在一定速度范围
10、内，随着平飞速度的增加，由于 诱诱导功率急剧下降，而废阻功率的增量不大，因此总的平导功率急剧下降，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飞需用功率随乎飞速度的增加呈下 降趋势，但这种下降降趋势，但这种下降趋势随趋势随 V V的增加逐渐减缓。速度继续增加则由于废阻功的增加逐渐减缓。速度继续增加则由于废阻功率随平飞速度率随平飞速度 增加急剧增加。平飞需用功率随增加急剧增加。平飞需用功率随 V V的增加的增加在达到平飞需用功率的最低点后增加；总的平飞在达到平飞需用功率的最低点后增加；总的平飞 需用功需用功率随率随 V V的变化则呈上升趋势，而且变得愈来愈明显的变化则呈上升趋势
11、，而且变得愈来愈明显第十四张，PPT共十九页，创作于2022年6月直升机的后飞（）相对气流不对称，引起挥舞及桨叶迎角的变化第十五张，PPT共十九页，创作于2022年6月直升机的侧飞n n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础上实施 的飞行状态。其特点是要多注意侧向力的飞行状态。其特点是要多注意侧向力 的变化和平衡。由于的变化和平衡。由于直升机机体的侧向直升机机体的侧向 投影面
12、积很大，机体在侧飞时其空气动投影面积很大，机体在侧飞时其空气动 力阻力特别力阻力特别大，因此直升机侧飞速度通大，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常很小。由于单旋翼带尾桨直升机的侧 向向受力是不对称的，因此左侧飞和右侧受力是不对称的，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 Z。当侧力平衡时
13、，水平分量等于尾桨推力与空气动力当侧力平衡时，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。叶一侧飞行。第十六张，PPT共十九页，创作于2022年6月直升机的转动惯量n n直升机因为有两个旋旋转，所以他遵循角动量守恒及对称问题第十七张，PPT共十九页，创作于2022年6月谢谢观看replay第十八张，PPT共十九页，创作于2022年6月感感谢谢大大家家观观看看第十九张，PPT共十九页，创作于2022年6月