第三章 推力和阻力.ppt

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1、 第三章第三章 推力和阻力推力和阻力 3.1推力的产生推力的产生旋翼旋转平面倾斜后，旋翼有效力的水平分量就是推力，推力的大小取决于桨盘倾斜的角度。倾斜角越大，推力越大，同时升力将越小，也就是说，当推力增加时，必须增大旋翼有效力才能保持足够的升力来平衡飞机的重力。一旦飞机进入转换飞行状态，主桨盘的前倾将引起飞机机身的前倾，从而使整个主桨毂前倾，主桨毂又是和主桨轴装配在一起的，因而主桨轴也会前倾，这时周期操纵量就可以减小。下图说明了当机身姿态变化后能够引起旋翼旋转平面的进一步变化从而周期操纵量可略微减小。3.2阻力的产生阻力的产生任何物体在空气中运动都将产生阻力，这是因为空气作为一种流体具有粘性，

2、可以阻碍物体的运动，由此产生阻力。对于直升机来说，阻力有以下几种形式：Zero Lift DragZero Lift DragWhen an aircraft is flying at zero lift angle of attack the When an aircraft is flying at zero lift angle of attack the resultant of all aerodynamic forces acts parallel and opposite resultant of all aerodynamic forces acts parallel and

3、opposite to the direction of flight.This is known as to the direction of flight.This is known as ZERO LIFT ZERO LIFT DRAGDRAG and is composed of:and is composed of:Surface friction drag.Surface friction drag.Form drag(boundary layer normal pressure drag).Form drag(boundary layer normal pressure drag

4、).Interference drag.Interference drag.Lift Dependent DragLift Dependent DragIn producing lift the whole aircraft will produce additional In producing lift the whole aircraft will produce additional drag composed of:drag composed of:Induced drag(vortex drag).Induced drag(vortex drag).Increments of:In

5、crements of:Form drag.Form drag.Surface friction drag.Surface friction drag.Interference drag.Interference drag.It is now possible to consider all the separate contributions It is now possible to consider all the separate contributions to total drag in terms of zero lift drag and lift dependent to t

6、otal drag in terms of zero lift drag and lift dependent drag.drag.型阻型阻型阻型阻（FORM DRAGFORM DRAG）：）：由机身的整体外形产生，良好的机身外形可以减小但永由机身的整体外形产生，良好的机身外形可以减小但永远不能消除这种阻力远不能消除这种阻力废阻废阻废阻废阻（PARASITE DRAGPARASITE DRAG）：）：由机身的外部附件如起落架、浮筒、外挂副油箱等产生，由机身的外部附件如起落架、浮筒、外挂副油箱等产生，安装不正确的面板、受腐蚀的前缘等也会产生废阻。安装不正确的面板、受腐蚀的前缘等也会产生废阻。翼型

7、阻力翼型阻力翼型阻力翼型阻力（ROTOR PROFILE DRAGROTOR PROFILE DRAG）：）：由桨叶在空气中转动产生，桨叶角越大，阻力越大；桨叶由桨叶在空气中转动产生，桨叶角越大，阻力越大；桨叶角越小，阻力越小。角越小，阻力越小。诱导阻力诱导阻力诱导阻力诱导阻力（INDUCED DRAGINDUCED DRAG）：）：当旋翼转动时，因桨叶的作用空气被诱导向下流过主桨毂，当旋翼转动时，因桨叶的作用空气被诱导向下流过主桨毂，空气的流动产生反作用力，这种阻力叫做诱导阻力。诱导阻空气的流动产生反作用力，这种阻力叫做诱导阻力。诱导阻力在直升机悬停时最大，因为此时空气相对飞机没有运动；力在

8、直升机悬停时最大，因为此时空气相对飞机没有运动；当直升机处于飞行状态，空气与飞机有相对运动，诱导阻力当直升机处于飞行状态，空气与飞机有相对运动，诱导阻力减小。减小。DRAG It is dependent upon the following factors:It is dependent upon the following factors:Angle of attack,Angle of attack,Shape,Shape,ieie section and section and planformplanform,Surface condition,Surface condition,R

9、eynolds Number,Reynolds Number,Speed of sound(Mach No).Speed of sound(Mach No).科利奥里斯效应（CORIOLIS EFFECT 根据动量守恒定律，当物体转动时，物体将保持匀速转动状态直到根据动量守恒定律，当物体转动时，物体将保持匀速转动状态直到有外力改变其转动速度。当转动中物体的重心相对于转动轴的位置有外力改变其转动速度。当转动中物体的重心相对于转动轴的位置改变时，物体转动的角速度将改变。如果重心向着转动轴移动，转改变时，物体转动的角速度将改变。如果重心向着转动轴移动，转动的角速度增大，反之角速度减小。动的角速度增大

10、，反之角速度减小。科利奥里斯效应的最佳例子是花样滑冰选手所作的冰上转圈运动。科利奥里斯效应的最佳例子是花样滑冰选手所作的冰上转圈运动。在转圈初期，选手通常将手臂伸出以保持平衡，转动中逐渐将手臂在转圈初期，选手通常将手臂伸出以保持平衡，转动中逐渐将手臂收拢直至环抱于胸前，没有施加任何的外力但此时的转动速度增大，收拢直至环抱于胸前，没有施加任何的外力但此时的转动速度增大，这是因为手臂的收拢改变了人体的重心位置。当转动结束时手臂再这是因为手臂的收拢改变了人体的重心位置。当转动结束时手臂再次展出，转动速度又逐渐减慢。次展出，转动速度又逐渐减慢。对于直升机的主桨叶，当桨叶向上挥舞时，重心向转动轴靠拢，桨

11、对于直升机的主桨叶，当桨叶向上挥舞时，重心向转动轴靠拢，桨叶加速；桨叶向下挥舞时重心向外移动，桨叶减速。叶加速；桨叶向下挥舞时重心向外移动，桨叶减速。需要注意的是科利奥里斯效应在直升机处于过渡飞行状态时最大，需要注意的是科利奥里斯效应在直升机处于过渡飞行状态时最大，悬停时则不存在。悬停时则不存在。胡克效应（HOOKER JOINT EFFECT）当桨叶形成的转动锥体的轴与主桨轴不再重合时，会产生当桨叶形成的转动锥体的轴与主桨轴不再重合时，会产生胡克效应。胡克效应。直升机在悬停状态时，两个轴互相重合，进入过渡飞行状直升机在悬停状态时，两个轴互相重合，进入过渡飞行状态时，由于旋翼旋转平面相对于主桨

12、轴产生倾斜而产生胡态时，由于旋翼旋转平面相对于主桨轴产生倾斜而产生胡克效应，也叫万向节效应（克效应，也叫万向节效应（UNIVERSAL JOINT EFFECTUNIVERSAL JOINT EFFECT）。）。为保证旋翼转速不变，前进桨叶（桨叶运动方向与气流流为保证旋翼转速不变，前进桨叶（桨叶运动方向与气流流动方向相反）必须加速，后退桨叶（桨叶运动方向与气流动方向相反）必须加速，后退桨叶（桨叶运动方向与气流流动方向相同）必须减速。流动方向相同）必须减速。科利奥里斯效应和胡克效应在过渡飞行阶段是同时存在的，科利奥里斯效应和胡克效应在过渡飞行阶段是同时存在的，实际上在飞行中两种效应互相作用互相抵

13、消，桨叶在垂直实际上在飞行中两种效应互相作用互相抵消，桨叶在垂直关节上的水平摆动量很小，只有当飞机振动较大时反应量关节上的水平摆动量很小，只有当飞机振动较大时反应量才较大。才较大。3.3功率变化功率变化本节着重阐述飞行速度增大时为保持平飞功率的本节着重阐述飞行速度增大时为保持平飞功率的变化情况。最大可用功率变化情况。最大可用功率下图给出了飞行速度与功率的曲线图，图中上部下图给出了飞行速度与功率的曲线图，图中上部的直线代表最大可用功率，当扭矩的直线代表最大可用功率，当扭矩TqTq、旋翼转速、旋翼转速NrNr、高度不变时，可用功率是恒定的，因此图中、高度不变时，可用功率是恒定的，因此图中的直线位置

14、也将保持不变。可用功率线的位置取的直线位置也将保持不变。可用功率线的位置取决于大气条件如大气温度、大气压力、大气密度决于大气条件如大气温度、大气压力、大气密度等。例如，在热带气候条件下飞行，可用功率线等。例如，在热带气候条件下飞行，可用功率线比在温带气候条件下更低。比在温带气候条件下更低。从曲线中可以得到以下结论：从曲线中可以得到以下结论：直升机在无地面效应条件下悬停需要的功率大于在有地效直升机在无地面效应条件下悬停需要的功率大于在有地效条件下悬停需要的功率。条件下悬停需要的功率。当直升机从悬停状态向直接飞行状态转变时，需要增加功当直升机从悬停状态向直接飞行状态转变时，需要增加功率。在地面效应

15、失去时所需功率值与无地效时的相同，此率。在地面效应失去时所需功率值与无地效时的相同，此时飞行速度约时飞行速度约1515节（节（knotsknots）当直升机的飞行速度大于当直升机的飞行速度大于1515节并且开始加速时，旋翼诱导节并且开始加速时，旋翼诱导阻力将减小，速度越大，诱导阻力的减小量越大，因此总阻力将减小，速度越大，诱导阻力的减小量越大，因此总阻力减小。阻力减小。当飞行速度达到当飞行速度达到6060节时，直升机的废阻等阻力增大，且其节时，直升机的废阻等阻力增大，且其增加量抵消了诱导阻力的减小量，从而使得总阻力增大，增加量抵消了诱导阻力的减小量，从而使得总阻力增大，需用功率也增加。需用功率

16、也增加。由于阻力的大小与速度的平方成正比，因此当速度超过由于阻力的大小与速度的平方成正比，因此当速度超过8080节后阻力增大的影响迅速增强，必须不断增加功率输出克节后阻力增大的影响迅速增强，必须不断增加功率输出克服阻力的增大。服阻力的增大。注意只要需用功率曲线在可用功率线之下，直升机可以在任何条件下飞行，包括在任何速度下爬升，但升降速度取决于剩余功率的多少。如果在热带气候条件下起飞时需用功率大于可用功率，则必须减小直升机的起飞重量或者使用滑跑起飞。复习题直升机前飞速度增大到15节以上后：因型阻减小需用功率也减小因型阻减小需用功率也减小因旋翼转速增大需用功率也增大因旋翼转速增大需用功率也增大因升

17、力增大且诱导阻力相对减小而使需用功因升力增大且诱导阻力相对减小而使需用功率减小率减小因诱导阻力增大需用功率增大因诱导阻力增大需用功率增大在大速度前飞时需用功率增加是因为要克服型阻的增大克服型阻的增大补偿重心位置的变化补偿重心位置的变化克服因空气密度增大而增大的阻力克服因空气密度增大而增大的阻力补偿可用功率的变化补偿可用功率的变化直升机可飞到的最大高度是由决定的飞行手册飞行手册空气密度、温度和起飞重量空气密度、温度和起飞重量升力的大小升力的大小飞行速度的大小飞行速度的大小桨叶挥舞时因重心与转动轴之间距离变化引起桨叶转速的变化的现象称作胡克效应胡克效应周期性变距周期性变距陀螺进动效应陀螺进动效应科里奥利斯效应科里奥利斯效应