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进入涡环九死一生——直升机垂直飞行概谈

时间:2018-07-18 15:52来源:中国直升机 作者:中国直升机网


垂直爬升过程中,气流从上而下,桨距增大,旋翼气动力合力相对悬停而言后倾,因而增大了旋翼扭矩从而增大了需用功率;
垂直缓降过程中,气流从下而上,桨距减小,旋翼气动力合力相对悬停而言朝前倾,因而减小了旋翼扭矩从而减小了需用功率;
在风车状态,旋翼桨距放平,气动力合力完全前倾,使其合扭矩能够直接驱动旋翼自转。
涡环状态是最难说描述清楚其平均气动力方向的状态,就现有的试验而言,涡环状态下,桨距和需用功率都会比较高,大致上类似于爬升状态的桨距和功率需求。

2.垂直爬升和下降的需用功率

垂直爬升的功率优势:

在悬停状态下,前一片桨叶的桨尖涡往往会直接打到高速旋转而来的后一片桨叶,但是,再垂直爬升过程中,后一片桨叶转过来的时候,前一片桨叶的桨尖涡早已运动到桨盘下方,因而,相比于悬停,垂直爬升的直升机,旋翼桨涡干扰会小很多;
垂直爬升的直升机,旋翼桨盘的诱导速度分布将对尾桨带来的干扰影响要小于悬停状态的直升机
虽然直升机垂直爬升过程中,相比于悬停状态需要增大总距,但实际飞行中,小速度爬升的需用功率往往要比悬停状态来得低。

而在垂直下降中,飞行员必须要控制垂直下降的速率,以免速度过快而陷入涡环状态,而垂直下降过程中,直升机旋翼同样能从空气中吸收能量来降低需用功率的大小,但是上述在垂直爬升过程中的两个优势在垂直下降过沉重就变成了缺点,并且会导致需用功率的增加,这也是实际飞行中,直升机缓降需用功率往往比理论计算值要高的原因。

3.在涡环状态中飞行

 

图——从涡环状态脱险的AS350
 
进入涡环状态之后,旋翼周围的气流呈现出非均匀、非定常两种特性,因而相比于其他的飞行状态,这种状态在理论分析上相当艰难,因而现有的关于涡环状态的绝大部分经验都是来自于试验而非理论推导。

基于试验经验,我们一般认为,涡环状态带来的不稳定效应开始于下降率约为1/4悬停诱导速度的时候,大约在3/4悬停诱导速度的时候达到峰值,如果下降率达到1.25倍的悬停诱导速度,涡环状态消失。

无论如何,在涡环状态中的任何一秒钟的飞行都是一件不容易的事情,有些理论认为,斜70°的下降比90°的垂直下降更容易陷入涡环状态,其准确性未经证明,不过,斜50°左右、30~60千米时前飞速度状况下的下降飞行能够给直升机带来足够多的新鲜空气,使其吹散旋翼桨盘周围的桨尖涡,从而将直升机从涡环状态中解救出来。

Prouty同样做了涡环状态下旋翼烟尾迹的试验,试验结果图如下:
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