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1、旋翼动力学国防科技重点实验室 唐正飞,直升机空气动力学绪 论,一、课程介绍主要内容：滑流、叶素和涡流理论。参考资料：1 王适存:直升机空气动力学2 J.Gordon Leishman:Principles of Helicopter Aerodynamics,二 基本知识 直升机空气动力学是阐明直升机（主要是它的旋翼）与周围空气相互的空气动力现象、研究直升机在不同飞行状态下的气动载荷、估算直升机的飞行性能和分析直升机的飞行品质的一门科学，从而有助于直升机及其旋翼的设计。,1、直升机的发展 竹蜻蜓达芬奇旋翼设想（画）西尔瓦西科斯基VS-300(R-4)(1942)贝尔的贝尔-47(1946)，完
2、成直升机的发明、制造和使用。其后，直升机向多用途、多形式等方向发展。数量和技术不断提高，当今世界拥有数万架直升机，速度达350KM/H，重量达100T以上。,三 直升机简述1、直升机概念 2、直升机结构3、直升机分类4、直升机用途5、直升机发展 6、各国直升机简介,1、直升机概念（1）特征：旋翼作为升力主要来源 垂直起落、空中悬停,1、直升机概念（2）直升机与旋翼机和垂直起落飞机的区别,旋翼机,垂直起落飞机,直升机,1、直升机概念（3）直升机、直升飞机、飞机直升机直升飞机直升机飞机直升机是一种特殊的飞行器,2、直升机结构（1）、旋翼（2）、尾桨（3）、机身（4）、起落架（5）、发动机（6）、操
3、纵机构,3、直升机分类（1）、按重量分类轻型多用途型中型运输重型,3、直升机分类（2）、按结构形式分类单旋翼共轴式双旋翼纵列式双旋翼横列式双旋翼倾转式双旋翼,4、直升机用途（1）军用 武装攻击、反潜、战场救生、联络、巡逻、运输、空降侦察等（2）民用 救护、救灾、地质勘探、森林防护、设备吊装、灭虫等,5、直升机发展,四 旋翼一般概念1、旋翼结构2、旋翼分类3、旋翼作用4、旋翼参数5、旋翼气动环境6、直升机空气动力学简介,1、旋翼结构旋翼由桨叶、桨毂、铰链、桨轴等部件构成,2、旋翼分类旋翼一般分：跷跷板式、铰接式、无铰式、轴承式等桨叶片数有：双叶（延安二号）、三叶（直十一）、四叶（直九）、五叶（直
4、八）等,3、旋翼作用产生向上的力以克服机重产生向前的水平分力使直升机向前产生其它分力及力矩保持直升机平衡或进行机动飞行若发动机空中停车，能自转产生升力，确保安全着落,4、旋翼参数旋翼直径（D）和半径（R）旋翼旋转时，叶尖所划圆圈的直径称旋翼直径。旋翼直径一般在735米之间。特征剖面半径：r70.7R,4、旋翼参数（续）桨叶宽度（b）桨叶剖面的弦长称为桨叶宽度对非矩形桨叶，用根梢比来表示桨叶宽度的变化：ycb0/b11,4、旋翼参数（续）旋翼实度（）各片桨叶实占面积与整个桨盘面积之比：的数值在 0.040.11 之间。,4、旋翼参数（续）桨叶剖面安装角（）和桨叶扭度（）安装角定义：翼型弦线相对于
5、 构造旋转平面之倾角。扭度定义：叶尖安装角与 叶根安装角之差。通常在5o10o之间。任意半径处的安装角等于：,4、旋翼参数（续）桨距（）桨距定义：特征剖面处的安装角。总距：旋翼各片桨叶的平均桨距。旋翼转速（n）和角速度（）叶尖速度在180220米秒，即叶尖M数0.550.6。,4、旋翼参数（续）旋翼参数的无因次化 桨叶剖面所在的相对半径：桨叶的相对宽度：旋翼运动的无因次化速度：拉力系数：扭矩系数：,五、直升机空气动力学简介研究对象：旋翼与周围空气的相互作用；研究目标：建立直升机空气动力学的计算方法；研究意义：为分析直升机在各种飞行状态下的平衡、稳定性和操纵性服务。,直升机空气动力学特点：复杂性
6、,与航天比较,高速在大气层中时间短,低速一直在大气层中工作,干扰大、气动环境复杂、控制难,与固定翼飞机比较,高速气动环境均匀、准定常,低速气动环境不均匀、非定常,桨叶的相对速度（大小和方向）沿半径各不相同桨叶的迎角沿半径和方位各不相同,旋翼桨叶气动环境分析,桨叶相对气流速度（大小与方向）,旋翼桨叶气动环境分析,桨叶迎角分布（半径与方位角）,旋翼气动环境分析,挥舞铰、摆振铰、变距轴,基本问题,动态失速旋翼/机身干扰旋翼桨/涡干扰跨音速流旋翼/尾桨/尾面干扰等,运动的复杂性：直升机的运动有整体前飞、旋翼旋转、桨叶挥舞、摆振、变距等。气动干扰：旋翼机身、旋翼尾桨、旋翼平尾、旋翼挂架等。这些运动、干扰造成直升机空气动力学强烈的非定常、非线性。,实例,直升机空气动力学的复杂性（续）,直升机空气动力学的研究方法,动量（滑流）、叶素、涡流理论；计算流体动力学（CFD）；试验方法。,
