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直升机空气动力学基础
—第五章前飞时的旋翼理论
直升机空气动力学
第五章前飞时的旋翼理论
旋翼动力学国防科技重点实验室唐正飞
旋翼动力学国防科技重点实验室
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—第五章前飞时的旋翼理论
在轴流状态旋翼理论的基础上,计
入桨叶的环境和运动,得到前飞状态的
旋翼滑流理论、叶素理论和涡流理论。
这些理论是直升机科技的基础。
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—第五章前飞时的旋翼理论
第一节前飞滑流理论
1-1 基本假定
与垂直飞行(轴流)状态的假定相同。速度为二维。
滑流边界仍以旋翼直径为基准:
讨论: 为何不以桨盘与来流的正交面积为基准?
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—第五章前飞时的旋翼理论
1-2 诱导速度
速度轴系OXVYVZV和旋翼构造轴系OXDYDZD
在速度轴系内
上游0-0截面处:
Vx0  V0 vx0  0
Vy0  0 vy0  0
桨盘1-1截面处:
Vx1 vx1  Vx1 V0
Vy1 vy1  Vy1  0
V v  V V
下游2-2截面处: x 2 x2 x2 0
Vy 2 vy2  Vy2  0
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—第五章前飞时的旋翼理论
根据动量定理和动能定理,得:
1
v  v
x1 x2 vvxx12
2  vv//
1 vv 12
v  v yy12
y1 2 y2
11
v v2  v 2  v 2  v 2  v VV//
1x 1 y 122 x 2 y 2 2 12
结论: 在斜流状态,旋翼桨盘处的诱导速度在数值上等
于下游很远处的诱导速度的一半,在方向上两者彼此平行。
这一结论与轴流状态的完全一致。
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—第五章前飞时的旋翼理论
1-3 旋翼的拉力和功率
定常前飞时推力
X mvx2
升力 Y mvy2
需用功率 P Px  P y  X() V0  v x 1  Yv y 1
代入 T  Y cos(D )  X sin(D )
v1  vy1 cos(D )  vx1 sin(D )
得到与轴流状态形式相同的式子:
CT  4 V11 v
mK C T v10  C T () 
但须注意
V1 V 0 v 1
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—第五章前飞时的旋翼理论
1-4 桨盘处诱导速度随前飞速度减小
v1
V cos() v10
0 D D
(1) (0 )  v1 V0 sin(D )  v1 v V v V v
( 1 )2 ( 0 )2  2( 1 )3( 0 )sin() ( 1 )4 1  0
v v v v D v
22 10 10 10 10 10
V1 V 0 2 V 0 v 1 sin( D )  v 1
由 2 2
CT  4V1v1  4v1 V0  2V0v1 sin(D )  v1
2
CT  4v10
得到 v1 2 V0 2 v1 3 V0 v1 4 V
( ) ( )  2( ) ( )sin() ( ) 1  0 0
D v
v v v v v 10
10 10 10 10 10 当Vv0/5 10 后,可
用 v V
( 1 )( 0 ) 1  0
v10 v10
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前飞滑流理论小结
1,诱导速度及拉力的公式,形式上与轴流状态的相同,
vv21 2 vv12// CT  4 V11 v
但速度的合成是按向量关系
22
V1 V 0 v 1 即 V1 V 0 2 V 0 v 1 sin( D )  v 1
2,前飞中,在保持旋翼拉力不变的条件下,
轴向诱导速度随前飞速度的增大而减小。
巡航飞行时诱导功率仅为悬停时
的 20% 以下。
诱导速度与前飞速度的关系图
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第二节前飞叶素理论
2-1 桨叶剖面气流及迎角
气流速度,源自:
飞行相对流速和 0
旋转相对