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    旋翼机三心与弯扭设计以及重量与翼面比例

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  •        翼型三心与弯扭设计
           每个翼型都有气动中心、压力中心和重心。这是是3个不同的概念,而且往往是三心二意,很难出现三位一体的情形。所谓的气动中心,就是升力增量的作用点。或者说气动中心处的力矩是常数,它不会随着迎角而变化。试验和理论证明,薄翼对称翼型的气动中心位于1/4弦线处。弯度翼型的气动中心不在1/4弦线处,最大弯度位置靠前的翼型,气动中心在1/4弦线之前,例如NACA23012翼型压力中心是气动合力的作用点,它与翼型的重心位置类似。NACA4412翼型40迎角时的压力中心Xcp=0.356C,显然不同迎角下,压力中心也是变化的。
           因为绝大多数旋翼机,都避免采用复杂的总距控制,所以多选用弯度翼型。但是弯度翼型的气动中心和压力中心不在同一位置,而且弯度翼型还会生产低头力矩。低头力矩过大,还会使驾驶杆出现速度不稳定,影响操纵品质。桨毂板与旋翼的最佳连接位置,是螺栓通过翼型重心,以便直接抵抗强大的离心力。但是很多翼型的最大厚度,远在翼型重心之前,因此最终的设计将是多种要求的折衷。
           目前国外大多采用弯度适中的翼型,而且翼型后缘略微上翘,例如NACA8H12翼型。另外高升力、低阻力层流翼型,也非常值得关注。这种翼型采用反设计方法,使用stradford理想压力分布,确保翼型在设计状态升力最大,阻力最小。如果选用弯度适中这类翼型,应该可以获得较大的气动效率,这需要今后的试验证明。同样这种翼型,也具有略微上翘的后缘。
    除了考虑弯度,还应该考虑旋翼扭转。因为旋翼内测的升力贡献较小,特别是下行桨叶还会产生负升力,这会进一步加剧两侧升力不对称,影响最大飞行速度。国外公认非线性扭转旋翼,气动效率最高。扭转旋翼很难进行机械加工,因此复合材料旋翼应运而生。

          计算旋翼的长度有很多的需要。  
          首先要明确的是两个相关的概念:桨盘载荷和旋翼载荷。
          桨盘载荷
          桨盘载荷定义为旋翼机的重量和桨盘面积的比值。这个值越大旋翼机的下沉速度(或者下降速度,sinking speed)就越大,滑翔时的下降角度就越陡。通常旋翼机的桨盘载荷在1.0PSF左右,桨盘载荷越轻旋翼机的滑翔能力越好。
            PSF是pound per square foot(磅每平方英尺)的缩写。
          1PSF折合国际标准单位约为4.8824 kg /平方米。
          还有一个常用单位是kN/平方米。1PSF折合约0.048kN/平方米。
          以RFD的串列双座型Dominator为例,旋翼直径27英尺(桨盘面积573平方英尺),最大起飞重量880磅(空机375磅,最大载荷505磅),空机桨盘载荷0.654PSF,最大桨盘负载为1.54PSF。
    作为对比直升机,的桨盘载荷通常在10~15PSF( 50~70 kg /平方米)。
          世界上最重的直升机米-26的旋翼直径32m,最大起飞重量56,000kg,桨盘载荷约为70kg/平方米(14.3PSF)。
          美国人的UH-60A黑鹰的旋翼直径16.36m,最大起飞重量为9,200kg,桨盘载荷为44kg/平方米(9.0PSF)。加上能在低含氧下工作的发动机,可以很好的在海拔超过3000米的青藏高原上飞行。

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