现代设计方法直升机的演变.pptx

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1、直升机第1页/共44页直升机研制历程竹蜻蜓达芬奇设计的扑翼机第2页/共44页直升机研制历程17921792年年“英国航空之父英国航空之父”乔治乔治凯利凯利在其成功发在其成功发明、试验了滑翔机后自制了一架直升机模型，但明、试验了滑翔机后自制了一架直升机模型，但因为直升机自身不带动力装置，因此实验失败了。因为直升机自身不带动力装置，因此实验失败了。第3页/共44页直升机研制历程 1907年，法国人柯尔尼制造了一架大型直升机，两个旋翼分别装在驾驶员前后。是第一架能垂直飞行的载人直升机。柯纽仍成为驾驶直升机升空第一人。第4页/共44页直升机研制历程（旋翼机）1920年，西班牙科学家西尔华设计了第一架“

2、自转旋翼机”C-1，但无法前飞。第5页/共44页直升机研制历程（旋翼机）1923年，西班牙科学家西尔华成功设计了第一架带关节连接桨叶的“自转旋翼机”C-4，开创了旋翼机的辉煌历史。其中的“关节连接桨叶”方法是直升机发展史上一次重大的技术突破。第6页/共44页旋翼机辉煌时期（19231935）1929年1926年1924年1931年第7页/共44页直升机研制历程1936年，德国H.福克成功地试飞了第一架载人地双旋翼横列式直升机FW-61。FW-61的飞行速度为120km/h，航程为241km。试飞员为女飞行员HannaReitschHannaReitsch。第8页/共44页直升机研制历程1939

3、年，俄裔美国人伊格尔年，俄裔美国人伊格尔西科斯基（西科斯基（Igor Sikorsky）发明发明第一架有用的单旋翼直升机VS-300。1941年，VS-300持续飞行1.5小时，创世界记录第9页/共44页直升机研制历程R-4R-5S-61海王S-64空中吊车S-70黑鹰第10页/共44页不同形式的直升机1.单旋翼带尾桨式直升机单旋翼带尾桨式直升机2.双旋翼直升机双旋翼直升机共轴式双旋翼直升机共轴式双旋翼直升机纵列式双旋翼直升机纵列式双旋翼直升机横列式双旋翼直升机横列式双旋翼直升机交叉式双旋翼直升机交叉式双旋翼直升机3.无尾桨直升机无尾桨直升机4.复合式直升机复合式直升机第11页/共44页单旋翼

4、带尾桨式直升机 旋翼反作用扭矩靠尾桨推力平衡。优点：构造简单，操纵系统简单，成本较低。缺点：尾部螺旋桨造成功率损失，重心定位范围窄，尾部长，尺寸大。第12页/共44页共轴双旋翼直升机（卡（卡27）两个旋转方向相反的旋翼安装在一根轴上，旋翼的反作用扭矩相互平衡。优点：机身短外形好，正面阻力小，外廓尺寸小。缺点：操纵系统及传动系统复杂，旋翼有相互干 扰，方向稳定性不够。第13页/共44页纵列双旋翼直升机（CH47）两个旋翼安装在机身的前后端，后面的旋翼通常高于前面旋翼的旋转平面。优点：纵向稳定性好，重心 定位范围广，重量效 率高，机身有效容积 大。缺点：传动系统复杂，平飞 时诱导损失大，利用 旋翼

5、自转进行滑翔降 落困难。第14页/共44页横列双旋翼直升机（米（米12）两个旋翼位于机身两侧并在同一平面内，转向相反。优点：操纵性、稳定性较 好平飞诱导损失小，经济性较好。缺点：构造复杂，操纵系 统复杂。第15页/共44页交叉双旋翼直升机两个旋翼位于机身两侧，但两个桨毂之间很近。转轴向外倾斜。优点：正面阻力小，外廓 尺寸小。缺点：传动系统复杂，桨 尖可能碰地，不安 全，直升机的平衡 复杂。K-600第16页/共44页无尾桨直升机MD600旋翼反扭矩由尾部旋转气流平衡。优点：没有尾桨，安全性好。缺点：系统复杂。第17页/共44页复合式直升机倾转旋翼式直升机倾转旋翼式直升机YSH-60FYSH-6

6、0F第18页/共44页现役直升机的最大飞行速度（CH-47CH-47）每小时）每小时297297公里公里（山猫）每小时（山猫）每小时400400公里公里（卡（卡2727）每小时）每小时250250公里公里第19页/共44页现役直升机的最大飞行速度倾转旋翼飞行器（倾转旋翼飞行器（V V2222鱼鹰）鱼鹰）509509公里公里/小时小时复合式直升机（复合式直升机（YSH-YSH-60F60F）450450公里公里/小时小时第20页/共44页直升机飞行原理各种现代直升机汇总：第21页/共44页 直升机飞行时会受到重力、升力、拉力、阻力和反扭矩第22页/共44页 对直升机而言由旋翼带动空气向下运动，每

7、一片旋翼叶片都产生升力，这些升力的合力就是直升机的升力。第23页/共44页直升机飞行主要靠旅翼产生的拉力。当旋翼由发动机通过旋 转轴带动旋转时，旋翼给空气以作用力矩(或称扭矩)，空气 必然在同一时间以大小相等、方向相反的反作用力矩作用于旋翼(或称反扭矩)，从而再通过旋 翼将这一反作用力矩传递到直升机 机体上。如果不采取措施予以平衡，那么这个反作用力矩就会使直升机逆旋翼转动方向旋转。如右图所示。第24页/共44页其他类型直升机和第一种飞机的原理一样。第25页/共44页无尾桨直升机MD600旋翼反扭矩由尾部旋转气流平衡。优点：没有尾桨，安全性好。缺点：系统复杂。第26页/共44页旋翼机飞行原理直升

8、飞机由于旋翼直接与发动机连接，所以不能控制旋翼的旋转面，于是采用了变通的办法：周期变距，周期变距结构的复杂性，注定了直升飞机造价高、安全性差等等诸多问题。还由于旋翼与发动机连接，造成的扭矩只好用尾桨来解决，远远探出的尾桨又成了直升飞机的一大死穴。如果我们用空气作为发动机与旋翼之间的传动，再作用于空气，不就没有上述这些问题了么？旋翼机就是这样的。第27页/共44页旋翼机飞行原理第28页/共44页两种飞机的优缺点 二者同样属于旋翼类飞行器，只是旋翼机的旋翼是无动力旋转，类似风车机构，而直升机的旋翼是在动力驱动下旋转，直升机的结构远远比旋翼机复杂。相对而言，结构简单的旋翼机在低速状态下却远比直升机安

9、全，即使发动机故障出现，旋翼机依旧可以在保持前行惯性的情况下，自旋降落，而直升机则需要将旋翼面后倾并改变旋翼的迎角来实现自旋降落。第29页/共44页 但是旋翼机不具备直升机那样的悬停以及后飞，只能保持一种前行飞行姿态，大部分旋翼机需要滑跑距离来实现起落，但是相比固定翼飞机，旋翼机的滑跑距离很短，有些旋翼机在加装旋翼驱动装置后可以实现垂直起飞，从主要的飞行特性上看，旋翼机更加接近于固定翼飞机，从安全性能来说，旋翼机算得上是非常安全的飞行器。第30页/共44页创新如何研制出一种高速直升机，实现飞行器在高速低速状态都具有可靠的性能，是很多科学家的梦想。第31页/共44页高速直升机的各种形式按直升机和

10、固定翼飞机结合的不同形式，高速直升机可分为以下几类：复合式倾转旋翼/机翼式旋翼/机翼转换式第32页/共44页复合式高速直升机该形式的高速直升机在悬停和低速时以直升机模式工作，速度提高到一定程度后旋翼进入自转状态，速度再提高时旋翼转速降低并逐渐卸载，机翼逐步承载，当转速降至一半时，旋翼只承担升力很小部分。这样，桨叶剖面迎角的减小和旋翼转速的下降分别推迟了后行桨叶的气流分离和前行桨叶的激波失速。让机翼为旋翼卸载，这就是复合式直升机的核心思想。第33页/共44页复合式高速直升机McDonnell XV-1Fairey RotodynePiasecki 16H-1 矢量推进装置矢量推进装置 第34页/

11、共44页倾转旋翼/机翼式高速直升机 该形式的高速直升机在悬停和低速时以直升机模式工作，速度提高到一定程度后倾转旋翼/机翼成为螺旋桨，直升机模型成为固定翼飞机模式，这是倾转旋翼/机翼式直升机的核心思想。倾转旋翼/机翼式高速直升机按倾转部件的不同可分为：旋翼倾斜涵道倾斜第35页/共44页倾转旋翼/机翼式高速直升机Bell XV-3Bell XV-15V-22 Osprey第36页/共44页倾转旋翼/机翼式高速直升机Nord 500 CadetVanguard Omniplane 第37页/共44页旋翼/机翼转换式高速直升机该形式的高速直升机在悬停和低速时以直升机模式工作，速度提高到一定程度后旋翼由机替代，成为固定翼飞机，这是旋翼/机翼转换式直升机的核心思想。第38页/共44页旋翼/机翼转换式高速直升机XV-2 M85方案方案 CR/W第39页/共44页X-X-机翼/旋翼转换式高速直升机第40页/共44页旋翼/机翼转换式高速直升机第41页/共44页未来高速直升机第42页/共44页第43页/共44页感谢您的观看！第44页/共44页