第一章-滑流理论.ppt

第一章垂直飞行时的滑流理论 1典型教案第一章垂直飞行时的滑流理论 2直升机独特的飞行性能: 能够垂直上升、垂直下降和空中悬停,以及良好的低速飞行性能,来自旋翼的空气动力特性。直升机空气动力学课程,从垂直上升及悬停中的旋翼滑流理论入门。该理论比较简单,但含有重要的基本概念和知识。第一章垂直飞行时的滑流理论 3第一节基本原理 旋翼怎样产生拉力旋翼向下排压空气,形成旋翼尾流, 同时从上方吸入空气。气流受到旋翼作用力,被加速、增压; 同时对旋翼施加反作用力,即是旋翼拉力。为知道旋翼拉力, 可计算气流所受的力, 二者大小相等。讨论:旋翼拉力不称做升力,概念不同: 翼面升力垂直于来流速度旋翼拉力沿转轴方向,是各桨叶的合力第一章垂直飞行时的滑流理论 4 滑流假定为做数学推演,须对物理现象做适当的简化假定: ?滑流:空气无粘性、不可压缩?作用盘:旋翼是作用盘,产生稳定均布的诱导速度?流管:受旋翼作用的气流形成一流管,气流无扭转诱导速度--- 旋翼的作用引起的速度变化(方向、大小) 讨论: 各项假定的适宜性: 低速、常温、常规尺寸;(粘、波阻力) 多叶旋转、负扭及尖削;(修正系数) 流动有界面、扭速较小第一章垂直飞行时的滑流理论 5第二节旋翼滑流计算当直升机以速度垂直上升,相对气流向下吹来。截取上游、下游各很远处两截面之间的一长段流管, 周围大气压强皆为,自成平衡。由于旋翼激起诱导速度,,, 由动量定理,单位流量的动量改变等于所受的同方向外力根据质量守恒定律,单位流量 0V 0P 1 0 1 V V ?? ? 2 0 2 V V ?? ? 2 0 ( ) m V V F ? ?? 1 1 0 0 2 2 m V S V S V S ? ??? ???(不计空气重力) 第一章垂直飞行时的滑流理论 6 由动能定理,滑流动能的改变,等于旋翼输送给滑流的功率即将动量定理的及代入上式得即旋翼在下游远处的诱导速度,等于桨盘处诱导速度的2 倍. 讨论:空气有粘性,动能会耗散。远处诱导速度达不到最大值约为, 之后即减小, 最终耗尽。 2 2 2 0 1 1 1 2 2 mV mV FV ? ? 2 2 2 0 0 1 1 ( ) ( ) 2 m V V F V ?? ?? 2 0 ( ) F m V V ? ? 2 1 2 ? ?? 2? 1? 12? 1 ? 2 0 2 V V ?? ?第一章垂直飞行时的滑流理论 7 诱导速度与拉力系数的关系旋翼拉力以把 T 无量纲化,且令, 得拉力系数或直升机匀速垂直上升中, T = G = 常数, 若V 0增大,则流量增大, 减小。 0 2 2 0 0 1 1 ( ) ( ) 2 T F m V V V R ? ???? ? ???? 2 2 1 ( ) 2 R R ??? 0VVR ?? 11R ???? 1? 2 1 0 0 1 [ ] 2 T V V C ?? ??? 0 1 1 4( ) T C V ? ?? ??第一章垂直飞行时的滑流理论 8第三节悬停特性悬停是直升机最重要的飞行状态之一。旋翼在原地运转, 空气被旋翼吸入,桨盘处的入流速度就是旋翼的诱导速度,即旋翼滑流的单位流量 00V? 1 10 V?? 210 m R ?????第一章垂直飞行时的滑流理论 9 悬停诱导速度由滑流受力代入, 且已知, 得拉力系数,悬停诱导速度常用作特性速度,如垂直上升中: 10? 2 0 ( ) F m V V ? ?? 2 0 2 V V ?? ? 2 10 2 ? ?? T F ? 2 2 102 T R ? ??? 2104 TC?? 1012 TC?? 10? 2 0 0 1 10 10 10 1 [ ( ) 4] 2 V V ?? ??? ??? 210 m R ?????第一章垂直飞行时的滑流理论 10 滑流中的速度及静压变化对