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直升机全方位讲述

时间:2011-04-04 21:08来源:蓝天飞行翻译 作者:航空 点击:

(a)正常飞行(b)自转图 1-28正常飞行和自转时气流的方向当气流方向改变后,主桨上的空气动力完全改变,这个改变可以保证主桨仍然能自由转动且提供足够的升力和推力以满足安全着陆的要求。为理解空气动力是如何改变的,必须先考虑桨叶的攻角,因为攻角决定了升力和推力的大小和变化。桨叶的攻角由以下因素决定:直升机的下降率;直升机的飞行速度;桨叶的转速;桨叶的桨叶角(安装角)
其中的两个因素是常数,下降率取决于总距杆的位置,飞行速度取决于周期变距杆的位置,所有这些因素如图 1-29用矢量 “下降诱导气流 ”来表示。“下降诱导气流 ”沿桨叶展向变化,从叶根至叶尖逐渐增大。由于桨叶设计制造时是扭转下洗的,桨叶的桨叶角从叶根至叶尖逐渐减小。
为了分析问题方便,以西科斯基的桨叶为例,桨叶的下洗扭转角通常是 7o,当总距杆在完全放低位时,桨叶叶根处的桨叶角是 8o,叶尖处的桨叶角是 1o,另外在桨叶上选择一个点叫 “理想点 ”,位于桨叶展向中间靠外侧一点,该点的桨叶角是 4o,我们把这点叫作 “理想点 ”是因为在这点升力 /阻力比值最小。
按图 1-29(a)分析在叶根处的受力情况。
首先必须确定自转时的相对气流的大小和方向,相对气流是 “下降诱导气流 ”(沿桨叶翼展方向不变)和“转动诱导气流 ”的矢量和,其中 “转动诱导气流 ”值较小,是因为在叶根处桨叶的转动速度较小。自转相对气流与弦线的夹角是自转攻角,在叶根处攻角较大,此时应该产生较大的升力,然而由于叶根处转速较小,实际产生的升力并不是期望的那么大,而且实际产生的升力与相对气流垂直并且略向前倾斜,如果这个向前倾斜的升力没有平衡力,将引起桨叶加速。实际上升力分量受到桨叶型阻的制约,桨叶的型阻可引起桨叶的减速。而由于攻角较大,桨叶阻力分量也将较大且方向与升力分量垂直。
为判断桨叶是加速还是减速,必须将升力分量和阻力进行矢量合成,合成后的矢量方向略向后倾斜。
升力分量和阻力的合成矢量叫做自转力,如果这个力相对于垂直轴向后倾斜,该力为负。将自转力分解为垂直和水平两个分力,其水平分力正好与桨叶转动方向相反,使桨叶减速。而垂直分力与重力方向相反,对直升机起一定的支撑作用。
现在分析 “理想点 ”,如图 1-29(b)。与前面一样,先确定相对气流的大小和方向。该处下降诱导气流不变,而转动诱导气流增大了,合成后的相对气流产生的攻角与在叶根处相比较小,相对气流的攻角和较大的转动速度共同作用将产生比在叶根处大得多的升力。
前面提到在 “理想点 ”我们可以获得最佳的升力与阻力的比值,也就是说在该点可以产生最大的升力,同时阻力最小。因此图中的阻力小得多。将升力分量和阻力合成后得到自转力,此时的自转力为正值,即向前倾斜。此时自转力的水平分力与桨叶转动方向相同,桨叶将加速。
现在再来分析在桨叶叶尖处的受力。首先仍然先确定相对气流的大小和方向,与前面相比,下降诱导气流不变,由于叶尖处的转速很大,转动诱导气流因而增大很多,因此相对气流的攻角很小,虽然该点的转速很大,但升力分量值不会很大。
但大转速将引起较大的阻力,同时叶尖处气流产生的涡流也将引起较大的阻力,因此该点的阻力分量很大,如图 1-29(c)。
将升力分量和阻力合成后得到自转力,此时又为负值。自转力的水平分力又与桨叶转动方向相反,将使桨叶减速。
自转攻角 8°桨叶角自转相对气流

图 1-29(a)叶根
自转攻角
自转相对气流

图 1-29(b)理想点
1°桨叶角
自转攻角

图 1-29(c)叶尖
综上所述,自转力在桨叶的两端为负值,在桨叶的中部为正值,因此,在桨叶上必定有两个点自转力为零,如图 1-30。负的自转力使桨叶减速,正的自转力则使桨叶加速,如果正和负的自转力大小相等而方向相反,则可以互相抵消,桨叶保持匀速转动,既不加速也不减速。

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