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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

对于直升机而言,悬停过程中,功率主要就由旋翼消耗,如我此前写过的文章中讲过的,悬停消耗功率主要由两个部分组成——诱导功率和型阻功率。在前飞中,另一项功率开始逐渐扩大其影响力,那就是——废阻功率,从名字看就知道这是由本文前文中讲道的废阻力导致的功率消耗。

诱导功率

诱导功率从悬停开始就伴随直升机左右,并且占了旋翼总需用功率的大部分——大约为60%~80%。而随着直升机进入前飞状态,大量的气流不需用诱导作用而直接穿过桨盘,直升机旋翼因而只需要更低的诱导速度就能维持相同的转速,因而诱导功率得以迅速下降。到极限飞行速度时,直升机的诱导功率大约只有悬停诱导功率的1/4甚至更少。

在同样的前飞速度和总重的情况下,旋翼尺寸越大,诱导功率就越小(同样是因为前飞过程中,穿过桨盘平面的空气流量变大的缘故;这也是滑翔机和人力飞行器的机翼尺寸都会尽可能大的原因)。

型阻功率

型阻功率是用于克服旋翼在空气中运转时受到的粘性阻力所需的功率,悬停状态下,型阻功率一般占旋翼总功率的15%到40%。
 
后向力

正如上文所言,旋翼桨叶的气动阻力同样也形成了旋翼的后向力。对于常规直升机而言,前行侧桨叶的阻力方向朝向直升机后方,后行侧桨叶的阻力朝向直升机的前方——就像在水中划桨一样——这样的作用推动着旋翼朝前运动。因此,如果在前行侧桨尖受到严重空气压缩型影响之前,后行侧桨尖已然失速的话,那么桨叶在桨盘平面内的合力将朝向前方(这种特殊情况一般不会出现,如果出现了,后向力就该改叫前向力了)。但是无论如何,在绝大部分情况下,相比于废阻力,后向力的数值相对来说还是很小的。无论后向力的具体情况如何,旋翼桨叶阻力的增大势必需要更大的发动机输出功率来平衡。

废阻功率

除了旋翼之外,发动机还需要输出功率来克服其他各种气动部件产生的阻力,这些阻力只起到了阻碍飞行的作用,因而被称为废阻。在低速飞行的时候,废阻功率还是相当小的,但是它会随着前飞速度不断增大,在高速的时候,废阻功率也将成为需用功率中的重要组成部分。

废阻功率大致与飞行器朝向来流的等效截面面积成正比,等效截面面积一般取决于飞行器的尺寸和表面光滑度。

利用这个等效截面面积可以较为方便地评价一架直升机的废阻特性,总的来说,小型的、外表面光滑、挂载较少的直升机,其等效截面往往在0.5平方米左右,而重型直升机的等效截面可高达10平方米,类似的固定翼飞行器的等效截面变化范围一般在0~1平方米。

所以,对于一名合格的气动设计师而言,在设计之初就苦口婆心告诫其他部门注意减阻设计是不可或缺的一项任务。其所需要劝诫的内容包括将起落架设计成可收缩的这种直接关系布局的设计以及使用埋头铆钉这种非常细节的制作工艺,但是减阻设计往往会导致预算增加或者说是负载能力等一些其他方面的损失,这些都需要进行权衡。

在某些时候,总设计师可能就说了一句类似这样的话:”哎,把这货给我设计得看起来能飞得快一点。“听起来不错?洛克希德的XH-51A就是按这句话进行设计的,如今许多商业设计也都是这样。

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