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直升机前飞性能-Forward Flight Performance-概谈 一

时间:2018-07-17 22:46来源:中国直升机 作者:中国直升机网

除了这些“大头”以外,旋翼本身也会产生一个水平方向的气动力,该气动力主要有旋翼桨叶的型阻阻力和诱导阻力构成,这两项在整个旋翼上的合力统称为旋翼后向力(H-force)。

为了克服上述两种阻力,旋翼桨盘就必须要前倾,这样,桨盘拉力才会产生一个水平力分量,来抵消这些阻力。

所幸旋翼拉力本身远大于这些阻力,因而,旋翼前倾的角度一般来说是非常小的——对于低速前飞而言,前倾角度一般都不会要超过1°,而极速飞行的时候,一般也就是10°左右。


图——直升机挥舞铰(Flapping Hinge)

由于旋翼的桨叶通过挥舞铰(或者柔性部件或者其本身的弹性)与桨毂相连,故而旋翼桨盘平面并不像空气螺旋桨那样会与旋翼轴保持垂直。旋翼桨盘平面与旋翼轴垂直切面之间的夹角,一般就被称为“纵向挥舞角”。纵向挥舞角的大小和方向仅取决于需要平衡的直升机重心处的俯仰力矩。这个总力矩取决于机身力矩、平尾力矩以及由于旋翼轴偏置(旋翼轴与中心之间有一个力臂)带来的拉力力矩。也就是说,在相同的前飞速度下,通过改变这个总力矩的方向,就可以实现直升机抬头或者低头。

旋翼还可以通过挥舞产生桨毂力矩,该力矩同样可以用来平衡作用于直升机重心的俯仰力矩,一般来说,刚度的大小直接影响到相同挥舞量下桨毂力矩的大小,刚度越大,桨毂力矩越大。对于跷跷板旋翼而言,其所能够作用在重心的力矩只能是拉力矢量与重心偏置带来的力矩,因而认为它是“挥舞柔软“的(全铰接式的旋翼同样如此,两者最大的区别是——跷跷板旋翼一侧桨叶挥起,另一侧必然落下,因而也被称为”半刚性旋翼“),而无铰式旋翼则是”挥舞刚硬“的,具有挥舞铰偏置量的旋翼就处于两者之间。

对于某一个给定的飞行状态,飞行员通过调整操纵杆能够确定合适的挥舞幅度和方向来保持直升机稳定飞行。但是在这一过程中,对飞行员而言,更容易被感知到的其实是直升机机身的姿态角,而非桨盘平面的倾转角,这是因为在某一飞行状态下的姿态角往往是已经通过计算求解阻力和力矩而确定了的(一般来说直升机机身姿态角小幅变化情况下,受力情况基本不变)。

一旦飞行员寻找到正确的配平状态,操纵直升机将会变得容易起来,如果该直升机还配备一个高效的水平安定面(如平尾),稳定平飞就更容易实现了。

 需用功率



  图——直升机功率随前飞速度变化曲线

对于直升机性能的一切分析都应该建立在配平完成的情况下,否则就多半是不准确的。现在我们已经完成了直升机的配平,所以我们可以进行性能分析了——首先要考虑的就是直升机到底需要多大的功率?

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