机动飞行.doc

关于机动飞行的一些气动现象和问题?出现的气动现象:1、由于直升机机动动作导致的尾迹几何结构畸变改变了旋翼桨盘上的入流分布,并进而带来桨叶挥舞和旋翼俯仰、滚转力矩等一系列的气动力变化;(参考博士论文《直升机大机动飞行中旋翼非定常空气动力研究》—徐进)2、在筋斗过程中,由于向心力的影响,旋翼的总距变化范围比较大,这就意味着旋翼桨叶剖面迎角变化会比较大,而且是非定常的,将可能导致更加严重的动态失速问题,这就需要选择合适的翼型配置(重点关注其失速特性)。3、旋翼必须时刻有一个沿轨迹曲率半径的拉力分量,以保证向心力的存在,这就意味着,直升机在“公转”的同时还要绕自身的z轴“自转”(俯仰运动),这就要求有一个绕z轴的力矩Mz;4、在筋斗最高点,如果直升机速度比较小,为产生需要的向心力,甚至旋翼需要产生负拉力;5、在进入和改出筋斗时(在最低点附近),旋翼会产生较大的过载,因此旋翼要有产生和承受这个大过载的能力;(参考《直升机强度》)6、在实现铅垂面内的曲线飞行时,旋翼的转速不是常数。(参考《直升机强度》)7、横滚与筋斗相似,我们可以将横滚看作是横向的筋斗与前飞两种运动的叠加。因此筋斗中遇到的问题在横滚中应该也会遇到,但是横滚时有一个前飞速度,这使得横滚时遇到的气动力问题更加复杂。?存在的气动问题:(1)旋翼气动环境非定常特性更加明显,各片桨叶剖面的迎角变化范围更大,同时为产生需要的大拉力,在提较大旋翼总距时,更容易引起桨叶的失速,增加振动水平,因此需要考虑合理的翼型配置及桨叶气动设计;(2)在上述运动发生时,旋翼的尾迹畸变严重(尾迹弯曲),会引起复杂的旋翼入流变化,继而带来气动力的非定常变化,引起旋翼非定常挥舞等,给操纵带来重要影响。因此需要采用合适的分析方法,能够考虑旋翼尾迹的畸变(弯曲),从而获得上述运动发生时的旋翼气动力变化特性;(3)在进行上述运动时,旋翼下洗气流与机身及尾面(尾桨)等发生激烈的气动干扰,尤其是弯曲、畸变的桨尖涡将与其旋翼自身和直升机机体及尾桨等发生涡-桨、涡-面等气动干扰,导致振动水平的增加,将给操纵带来很大的不便。因此需要发展一套能够有效分析这种能够非定常气动干扰的方法,同时结合机动状态下的飞行力学方法,获得可靠的操纵策略。?关于筋斗和横滚的一些已有研究:现代武装直升机必须能够胜任对地攻击、空中格斗以及武装侦察等高精度攻击任务,这就需要有合格的机动性、灵活性和贴地飞行性能作保障,而机动性能应该在设计阶段就得到预先分析、计算和检验。比如美国“阿帕奇”、欧直的“虎”式、英国“山猫”以及俄罗斯米-28等直升机均能作筋斗、横滚这样的大机动飞行,因此有理由相信:以上机型在飞行前均经过了大机动飞行的旋翼气动特性分析和气动力计算。由此可以看出,国外已经对直升机大机动飞行的相关问题近行了大量的理论及实验研究。在国内方面,关于直升机大机动飞行的相关研究起步相对于国外比较晚,尚处于发展阶段。不过南京航空航天大学航空宇航学院在直升机大机动飞行方面进行了大量的探索性研究,并得出一些很好的结论。上世纪90年代,高正,曹义华对直升机筋斗和横滚进行了运动学的研究。他们通过建立直升机机动飞行的运动学方程,对筋斗和横滚进行了运动学分析,得出了较好的结果(见图1,图2,图3),并与实验结果进行了对比(见表1)。图1筋斗图2筋斗过程中升力前倾角的时间历程图3横滚载荷因数的时