直升机空气动力学-第七章

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1、第七章 直升机特有的飞行安全性能 - 1,第七章 直升机特有的 飞行安全性能 自转下滑和自转着陆 垂直下降与涡环状态 低空飞行回避区 起飞、着陆临界决策点,第七章 直升机特有的飞行安全性能 - 2,第一节 自转下滑和自转着落 旋翼失去发动机驱动力时，若操纵得当，可以继续旋转并产生拉力，进行匀速下滑飞行并安全着陆。 1-1 桨叶剖面的速度及迎角 下滑相对气流的垂直分量使剖面迎角 大于安装角，升力前倾。若合力垂直于 旋转面，则使旋翼匀速自转， 此时： 若迎角更大， 则合力前倾，剖面合力构成驱转力矩， 旋翼成为风车，带转尾桨及附件; 拉力使直升机匀速下滑飞行。 讨论： 怎样驶顶风船？,第七章 直升机

2、特有的飞行安全性能 - 3,1-2 下降率 由功率平衡关系： 考虑到下滑时机体迎风角度与平飞时 有差别，取修正系数1.05 以久航（经济）速度下滑，需用功率最小， 得最小下降率，可使留空时间最久； 以远航速度下滑，有最小下滑角，滑行最远。 讨论：自转下降率曲线与需用功率曲线大致反对称； 都太大。,第七章 直升机特有的飞行安全性能 - 4,1-3 自转着落 自转下滑，主要用于发动机或传动系统故障、尾桨失效时的应急 处置，是直升机必要的安全性能。在自转下滑过程中，选定着陆点。 着陆前，利用前进及旋转动能转化为拉力功，减小速度及下降率。 第一步，后拉驾驶杆，旋翼后仰，拉力增大，转速提高。减速、缓降

3、； 第二步，增大桨距，拉力再增大，下降率减至最小（转速下降）； 第三步，前推杆纠正上仰姿态 并接地，刹车停住。 讨论： 为何桨叶不可太轻、 p不可太大？,第七章 直升机特有的飞行性能 - 5,第二节 垂直下降与涡环状态 2-1 垂直下降流态 由垂直飞行滑流理论，得到 旋翼处气流合速度随升降速度 的变化是两条双曲曲线。 垂直上升及风车状态，旋翼 流场是稳定的滑流； 自悬停起至稳定自转前，这段 垂直下降中流场紊乱，滑流理 论不适用 。,第七章 直升机特有的飞行安全性能 - 6,悬停 上升 慢降 涡环 自转/风车 直升机垂直下降及陡降中，旋翼尾流被下降相对气流吹回，在 旋翼周围形成不稳定的大气泡，旋

4、翼的作用变为搅动该气泡内的 空气，即使增大桨距也不会增大升力。 该气泡时破时合，直升机在颠簸中迅速下降，操纵失效。 若有足够高度且处置适当：放低总距加大下降率，并坚持顶杆 转为前飞，有可能改出，否则即发生坠地事故。 1,第七章 直升机特有的飞行安全性能 -7,2-2 涡环 状态的边界 涡环状态是紊乱流场，不能用已有的旋翼理论分析计算。 关键是确定涡环边界，飞行中避免陷入。 曾有数种假定及方法（ 投影为0， 尾涡被压缩），不能正确计算涡环边界。 本校研究结果： 第一步，模型试验。测定模型旋 翼在垂直下降及陡下降中拉力、 扭矩的平均值及脉动量，找出进 入涡环的关键性特征。,第七章 直升机特有的飞行

5、安全性能 - 8,第二步， 建立计算方法。以试验结果为基础，修正已有的假设，建立新的涡环边界计算方法； 以国内现有的外国直升机为算例，将结果与其飞行手册中的规定（据飞行试验）对比，得到初步验证。 第三步，飞行试验。是 大风险、高难度的试验。 研制了空测及纪录设备， 改装了试验机，拟定了试验 方法。以振动纪录和试飞员 感受为依据，得到涡环边界。,第七章 直升机特有的飞行安全性能 - 9,飞行试验证实了理论。 理论曲线与试飞曲线平行： 飞行员能承受并改出的进入 涡环深度，比理论值更高些。 速度平面分割为三个区： 安全区、警告区、危险区 应用： 为我国全部机型给出了涡环边界 方法载入“飞机设计手册”

6、 美国海军据此研制出了“涡环告警器”,第七章 直升机特有的飞行安全性能 - 10,第三节 低空回避区 单发直升机，飞行中若发动机意外故障停车，飞行员应： 1，尽快判断（1- 2秒内），立即操纵进入自转 2，在稳定自转下滑中，选定并进入迫降场 3，实现自转安全着陆 若飞行高度过低，则来不及完成上述过程。 若在很低的（？）高度飞行中停车，可直接落地。 近地高速飞行中若停车，直升机姿态变化大，飞行员来不及修正就要接地，有倾翻危险。,第七章 直升机特有的飞行安全性能 - 11,每种直升机都须确定其低空回避区高度/速度图， 在此区内飞行时若发动机意外停车，则不能安全着陆。 回避区上边界依能安全自转着陆

7、而确定。其中进入段及着陆段为非定 常飞行，且与驾驶技术有关，仅能大 致估算，最终由飞行试验确定。 下边界按起落架可吸收的功量确定 （此时旋翼仍产生部分升力）。 高速区尚无可靠计算方法，按经验方法给出。 大致范围：100m, 30- 40m、40-50km/h, 3-8m, 15m、100km/h 讨论 1，正常起飞过程 2，双发直升机的回避区,第七章 直升机特有的飞行安全性能 - 12,第四节 起飞、着陆两临界决策点 双发及多发直升机，若在起、落过 程中单发意外停车，依靠剩余的发动机 的功率，能否继续完成起飞/着陆，决定 于停车时刻在决策点前还是之后。 起飞：决策点前停车，须立即着陆； 之后停车，可继续完成起飞。 着陆：决策点前停车，可继续完成 着陆或复飞；之后停车须立即着陆。 起飞或着陆决策点，根据功率条件 按优化轨迹计算，为直升机提供安全指南。,第七章 直升机特有的飞行安全性能- 13,小结 自转着陆、涡环、低空回避区、起/落临界决策点等问题，都是 直升机特有的、涉及飞行安全的问题重要； 非定常空气动力学问题，仍在研究中难。 当前依靠经验的或半经验的方法、试飞的方法解决。期待理论。 直升机的应用在迅速发展，为空气动力学提出了若干新课题， 如大机动飞行、气动干扰、气动噪声、转换旋翼等。研究工作大 有可为。,