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1、直升机总体设计课程设计(Z22)(0301146席华彬)1. 参考文献1 .直升机总体设计，郭才根，郭士龙。航空工业出版社，19932 .直升机空气动力学，王适存。3 .直升机气动力手册，第二册，国防工业出版社4 .直升机飞行性能计算方法手册，航空工业出版社5 . Helicopter Theory Wayne Johnson2. 原始参数用途：通用运输直升机；战技指标：航程：大于 500km；动升限：大于 4000m；静升限：大于 2500m；最大飞行速度(海平面)：大于 250km/h最大爬升率：大于 5m/s；3. 确定直升机形式该直升机总重小于 2 吨，属于轻型直升机。而轻型直升机普遍
2、采用的形式有共轴式和单旋翼带尾桨。 由于共轴式形式结构复杂，成本高，所以采用单旋翼带尾桨形式，从工程实践上，该形式比较成熟，成本 也低。4. 确定总体参数1) 桨盘载荷 桨盘载荷主要影响悬停升限、垂直爬升速度、使用升限、最大爬升速度性能等。同时满足其性能 后，它也影响有效载荷占总重量的比例。Z22的桨盘载荷的选取根据统计数据，一般小型直升机的桨盘载荷都小于200 N / m2。所以Z22的桨盘载荷取170 N / m2。2) 发动机选取初步选择发动机艾利逊 250C30J：额定功率；344 kw燃油消耗率：0.4kg/(kw h)3) 重量效率文献1中p78列出了若干直升机的重量效率数据，一般
3、直升机的重量效率在0.5附近。Z22取0.5。 直升机的总重可由下列公式(见文献p62公式6-1，6-2)估计：G _ GG- GfG A x 10-4 LfG ：重量效率Gu ：有效载荷u：燃油相对重量A ：系数，涡轴式发动机一般在 3.0 左右L ：航程 （ 预先估计，以后在迭代计算 ）4） 翼型选取为了简化计算，选取矩形桨叶，翼型NACA23012，桨叶负扭转-7度，桨叶宽度为：0.330m，最 大升力系数为 1.4（此参数估计的，因为没有资料）。5）桨尖速度 桨尖速度的取值受到局部激波、失速、储备动能的影响。对于飞行速度不大的直升机一般可由下式（见文献1p68公式6-11）估计GR 0
4、.8a Vs maxa ：音速sVmax ：最大飞行速度max6）桨叶载荷桨叶载荷估计考虑气流分离影响。可由下式（见文献1p68公式6-12）估计：K k （QR）2 Cp =TyljbA0A :常数 A = 6/ p0 0 0p 0 ：海平面大气密度kT ：拉力修正系数K ：叶端损失系数C临界升力系数，该系数根据文献2中提供的C rf （卩）曲线得到C然后乘上翼型的最大yljyljylj升力系数Cy max7）旋翼实度实度可由公式（见文献1p68公式6-13）得到b 二 p / pb8)一些参数确定K=0.94叶端损失系数，桨盘载荷低时取较大值J=1.05;诱导功率修正系数，负扭转较大时取大
5、kT=0.96拉力修正系数，负扭转较大时取大kp=1矩形桨叶，取 1=0.82功率传递系数CS x=0.9m2Z22 为流线型机身，暂取废阻面积为 0.9A0=10 高度时的相对密度A5=0. 7811;2500m 处的相对密度A1=0. 6687;4000m 高度的大气相对密度P0=1.2250m处的大气密度，单位：kg / mP5=0. 95022500m高度的大气密度，单位：kg /mP1=0. 8186;4000m高度的大气密度，单位：kg /mA0=6/rho0系数，除以海平面大气密度A5=6/rho5系数，除以2500m高度的大气密度A1=6/rho1系数，除以4000m高度的大气
6、密度C y=0.3000 0.4000 0.5000 0.6000 0.7000 0.8000 0.9000 1.0000 1.1000C =0.0085 0.0086 0.0087 0.0090 0.0096 0.0104 0.0116 0.0132 0.0150 xNACA23012 的升阻比曲线数据9) 悬停升限校核单旋翼直升机的悬停时的旋翼需用功率可由文献1, p30公式3-8估计: 单位需用功率-3 k C1IN =p- -x7 (QR) +r 4x1000 k k C1565.25T y 7其中N = N /(G x g)，G为直升机质量rr升力系数确定见文献1， p31 公式3-
7、10APC =5y7 kk A(QR)2aT计算出2500m高度的升力系数后，由NACA230012翼型升阻曲线插值出2500m高度的阻力系数值。2500m 高度时的直升机需用功率N = N xGx g 吃rhov r其中 G 为直升机总质量由于缺少发动机的输出功率一高度数据,2500m处发动机输出功率暂取0高度额定输出功率的80%。比较直升机需用功率和发动机输出功率，如果发动机输出功率多于直升机需用功率，在2500m悬停没有问题。10) 海平面最大爬升速度直升机的前飞需用功率可由文献1, p31公式3-9估计: 单位需用功率：3 k CN 二p-x7OR +r 4 X1000 k K CT
8、y 71 J p+2450 kV A01.2251000x2AC V3x0其中C为单位废阻，为C /(GX g), G为直升机质量xxC ,C 的确定如上 9，直升机需用功率xyN = N x G x g / grr作出 0 高度的需用功率速度曲线，需用功率最小点对应经济速度，发动机输出功率除去最小需用功率后，其余功率用来爬升。最大爬升率估算：V二(N A - N )/G( A ：发动机高度特性系数)yMaxere11) 最大航程有了海平面的直升机前飞需用功率速度曲线，见文献1， p36直升机的有利速度确定是由通过原点的直线与需用功率速度曲线相切的那个点对应的速度。Z22 的巡航燃油重量(直升
9、机总载荷减去任务载荷，装备，乘员载荷)：G = (G x G - 400 -160) x 0.9fuG ：直升机质量G ：重量效率取用于巡航燃油占总燃油的 90%， 10%为不可用油，余油，用于悬停，起飞等用油。航程：GVL = fu permax PfuelV ：有利速度P ：有利巡航每小时油耗perfuel12) 最大飞行速度在0 高度的直升机需用功率速度曲线上直接取的，当需用功率等于发动机输出功率时的那个速 度就是最大速度，是在额定功率下的最大速度。因为发动机的最大状态的功率没有数据。注：计算出最大飞行速度后，比较确定桨叶载荷，桨尖速度时估计的最大速度，如果不相同，就需 要反复修正。本程
10、序计算时，刚好相等，那就不用迭代计算了。13) 动升限校核由于没有发动机输出功率一高度曲线，在这儿只能校核在4000m高度直升机的最大爬升速度能否超 过lm/s，如果能，它的动升限就能够大于4000m/s。仿照计算海平面最大爬升速度，计算4000m高度的直升机的需用功率一速度曲线。这儿，取4000m高度发动机输出为海平面额定功率的55%。5直升机重量分析参考文献 1，p48 的一套直升机重量估算公式进行GG = 7.28339 ()1.151p=1.863846BGo.762 q -0.863=7.84941.287p-0.429q-0.858 (QR)-0.858456= 0.32840.6
11、3=3.0543*10-4 1.228Q 0.728p-1.228 (QR)1.456=1.258731.0185(q、0.659p-0.3295 = 50.51720.247q-0.6468 = 4.96214*10-41.32110 = 20.3769*10-41.29811G1：跷跷板旋翼重量G2：机体重量G3：传动系统重量G4：尾部重量G5：起落装置重量G7：飞行操纵系统重量G8：液，气，电系统重量G10 :仪表重量G11 :内设重量计算重量效率 = (- - - - - - - - - - )/123456781011计算出Z22的重量效率接近0.5，这与在重量估算时的接近，所以不需
12、要迭代计算了。6.计算程序计算工具： MATLAB6.5文件名： para.m ，运行结果:=总体参数=直升机总重： 1642.2287kg发动机额定功率： 344.3kw旋翼实度： 0.041167桨尖速度： 210m/s桨叶半径： 5.4895m桨叶片数： 2桨叶宽度： 0.33m桨盘载荷：170N/mA2桨叶载荷：4129.4758N/mA2功率载荷： 46.7437N/kw=悬停升限=比较 2500m 处直升机能否悬停 发动机输出功率取海平面的 80直升机需用功率：239.1298kw2500m 高度发动机输出功率： 275.44kw 悬停升限满足要求=最大爬升速度=战技指标： 5m/
13、s0m 高度最大爬升速度： 9.6168m/s 最大飞行爬升速度满足要求 =最大飞行速度=战技指标： 250 km/h0m高度最大飞行速度：263.9007 km/h 最大飞行速度满足要求=最大航程=战技指标： 500 km 有利速度： 164 km/h 0m高度最大航程：618.9116 km最大航程满足要求 =动升限=4000m 高度的发动机输出功率设为海平面的 55%4000m 高度时的经济速度： 143km/h4000m 高度最大爬升速度： 1.9776m/s4000m高度的最大爬升速度大于1m/s,动升限满足要求 =重量分析=跷跷板式旋翼重量： 79.1059kg机体重量： 398.3628kg 动力装置重量： 109.6284kg传动系统重量： 22.9545kg尾部重量： 32.3776kg 起落装置重量： 14.9752kg操纵系统重量： 74.727kg 液，气，电系统重量： 4.7056kg仪表重量： 18.2575kg内设重量： 60.0007kg 直升机空机重量： 815.0953kg直升机有效载荷： 560kg直升机燃油重量： 267.1334kg直升机重量效率： 0.50367
