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    旋翼机的旋翼升力不平衡咋解决?

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  •        旋翼机的旋翼升力不平衡是怎么解决的?
           旋翼机其实完全不同于直升机,
           直升机在前进的时候,迎风桨升力大于顺风桨。。在直升机静止时这个差异甚至没有。
           但是旋翼机在前进的时候,顺风桨有升力(将风力反折,部分成为升力、部分成为旋翼旋转动力),而迎风桨不但没有升力而且还严重帮倒忙(顶风转阻力、迎风面的运动使风向上走更加剧了失去升力),于是单纯的旋翼机即使能飞起来,也应该是不停的横滚。
           直升机左右升力差异是30与50的差异
           旋翼机左右升力差异将是30与-30的差异
           有高人能详细说说吗?

            满意答案
            旋翼机的旋翼依靠前方来流吹动始终处于自转状态,因而一旦发动机空中停车,可以直接依靠旋翼自转着陆,而直升机旋翼还需要一个转入自转的过程,所以旋翼机没有直升机的低速回避区,安全性更好。
            旋翼机由于其旋翼自转,没有自发动机至旋翼的减速和传动装置,也不需要平衡旋翼反扭矩的尾桨,因而结构大大简化。

    旋翼机的旋翼升力不平衡咋解决?

           现代自转旋翼飞行器采用旋翼预转技术,起飞前通过简单传动装置将旋翼预先驱转,然后通过离合器切断传动链路后起飞,使得它可以跳跃式或超短距起飞(起飞距离0~30m);自转旋翼飞行器降落时,通过操纵旋翼锥体后倾,可实现点式着陆,不需要专用机场。因而近十几年来,旋翼机再次成为航空领域关注的热点。

    旋翼机的旋翼升力不平衡咋解决?

            目前使用中的旋翼机大多是小型或轻型的,重量比(空机与总重之比)约0.6。设计任务可以确定总重Gw,也可以确定使用载荷Guse,知道二者之一,便可以求出另一者。为了拥有好的性能,例如停车下降率约为5m/s,一般要求功率载荷q小于4.5kg/hp (59.2N/kw),桨盘载荷p小于12kg/m2 。桨叶片数k可以参考直升机方法确定,目前大多旋翼机采用两片桨叶,安装在跷跷板式桨毂上。典型两片桨叶旋翼,取实度σ为0.034~0.040。如果实度取稍大值,则桨叶挥舞增加,性能改善不多,故一般都取偏小值。
    螺旋桨直径根据发动机转速来确定,大的直径对爬升率和低速推力很重要,但是如果取得过大,则全机尺寸高,停放不易。螺旋桨一般与发动机输出轴直接连接,所以螺旋桨转速rpm就是发动机轴转速,螺旋桨桨尖速度ωRp和旋翼机前飞速度的合速度一般不超过声速的90%,目前常用的旋翼机螺旋桨桨尖速度(ωRp)max ≤290m/s。知道发动机转速后,即可确定螺旋桨桨叶直径。
    旋翼机的最基本的部件是机身、发动机、旋翼系统、螺旋桨、尾面以及起落架。为了改善性能,如提高飞行速度等,还可以选择机翼等部件。
      机身是所有其他部件的连接件,结构可以是焊接管、金属片、复合材料、单管栓接或混合结构方式,最大强度重量比的机身是碳纤维材料或焊接管结构。
      发动机在飞行中提供独立于旋翼系统的前飞动力,在地面则可以提供旋翼桨叶预转的动力。随着旋翼机的发展,可用于旋翼机的发动机种类也越来越多。车用、船用、航空发动机都可以用于以娱乐、体育爱好为目的研制的旋翼机,而需要取得适航证的旋翼机必须安装权威管理机构认证的发动机。发动机可以是活塞式也可以是涡轮式。
      旋翼系统主要给旋翼机提供升力和操纵,常用的是全铰接式、半刚性跷跷板式。因不需反扭矩装置,现代旋翼机的主要型式是单一的旋翼。目前旋翼机惯用2片或3片桨叶,广泛应用于直升机的负扭度桨叶对旋翼机来讲,并没有多大优势,所以旋翼机上常用无扭转或正扭转桨叶。个人自制的小型旋翼机常常使用可以连同桨毂桨叶一起扳动倾转的旋翼系统,也可以使用带总距操纵来改变旋翼桨叶俯仰角的旋翼系统。如果桨叶带总距操纵且具有足够的惯量,旋翼机跳飞就有可能实现。
      旋翼机的螺旋桨可以是拉进式也可以是推进式,也就是说,螺旋桨可以安装在机身头部,也可以安装在尾部。早期的旋翼机是由螺旋桨拉进式固定翼飞机改装而成,用旋翼替代固定机翼或者固定机翼与旋翼复合使用。推进式布局避免了方向舵和平尾位于螺旋桨滑流中,具有更好的操纵性,飞行员也有更好的视野。但是在总体设计中应该充分考虑推进式布局中,由于受机身影响,螺旋桨的工作效率有所降低。和定翼飞机一样,旋翼机尾平面包括垂尾和平尾,提供俯仰和偏航轴向的稳定和操纵。有一些旋翼机,特别是封闭式驾驶舱的旋翼机,航向稳定性很低,为了补偿航向稳定性,安装垂尾是必要的。由于垂尾面积受旋翼桨叶倾转边界和着陆俯仰角度的限制,所以许多旋翼机设计安装了多片垂直安定面和方向舵。如果采用推进式螺旋桨布局,处于螺旋桨滑流中的平尾和垂尾利用效率会更高,特别是在旋翼机起飞和着陆飞行速度比较低的时候。

    旋翼机的旋翼升力不平衡咋解决?

      起落架使旋翼机在地面具有机动性。早期的旋翼机一般采用后三点式起落架布局,现今的旋翼机大都采用前三点式起落架布局。
      旋翼机可以选装机翼,这样就可以实现短距离起飞和以飞机速度巡航,例如Cartercopter旋翼机。采用这类布局,在前飞时,机翼会承担旋翼机绝大多数载荷,旋翼也就被卸载了。如果此时发生发动机停车,旋翼不具有安全着陆的能量,必须相对旋翼机所处的飞行状态采取相应的措施,设法让旋翼尽快进入自转状态。

    旋翼机的旋翼升力不平衡咋解决?

            追问: 没解释明白 旋翼机在前进时候 左右侧 旋翼的受力本质上不对称 这个问题

           回答: 一、螺旋桨工作原理
           可以把螺旋桨看成是一个一面旋转一面前进的机翼进行讨论。流经桨叶各剖面的气 流由沿旋转轴方向的前进速度和旋转产生的切线速度合成。在螺旋桨半径r1和r2(r1<r2)两处各取极小一段,讨论桨叶上的气流情况。V—轴向速度;n—螺旋桨转速;φ—气流角,即气流与螺旋桨旋转平面夹角;α—桨叶剖面迎角;β—桨叶角,即桨叶剖面弦线与旋转平面夹角。显而易见β=α+φ。
           空气流过桨叶各小段时产生气动力,阻力ΔD和升力ΔL,见图1—1—19,合成后 总空气动力为ΔR。ΔR沿飞行方向的分力为拉力ΔT,与旋螺桨旋转方向相反的力ΔP 阻止螺旋桨转动。将整个桨叶上各小段的拉力和阻止旋转的力相加,形成该螺旋桨的拉 力和阻止螺旋桨转动的力矩。
    从以上两图还可以看到。必须使螺旋桨各剖面在升阻比较大的迎角工作,才能获得较大的拉力,较小的阻力矩,也就是效率较高。螺旋桨工作时。轴向速度不随半径变化,而切线速度随半径变化。因此在接近桨尖,半径较大处气流角较小,对应桨叶角也应较小。而在接近桨根,半径较小处气流角较大,对应桨叶角也应较大。螺旋桨的桨叶角从桨尖到桨根应按一定规律逐渐加大。所以说螺旋桨是一个扭转了的机翼更为确切。
           气流角实际上反映前进速度和切线速度的比值。对某个螺旋桨的某个剖面,剖面迎角随该比值变化而变化。迎角变化,拉力和阻力矩也随之变化。用进矩比“J”反映桨尖处气流角,J=V/nD。式中D—螺旋桨直径。理论和 试验证明:螺旋桨的拉力(T),克服螺旋桨阻力矩所需的功率(P)和效率(η)可用下列公式 计算:
    T=Ctρn2D4
    P=Cpρn3D5
    η=J·Ct/Cp
            式中:Ct—拉力系数;Cp—功率系数;ρ—空气密度;n—螺旋桨转速;D—螺旋桨直径。其 中Ct和Cp取决于螺旋桨的几何参数,对每个螺旋桨其值随J变化。图1—1—21称为螺 旋桨的特性曲线,它可通过理论计算或试验获得。特性曲线给出该螺旋桨拉力系数、功 率系数和效率随前进比变化关系。是设计选择螺旋桨和计算飞机性能的主要依据之一。
           从图形和计算公式都可以看到,当前进比较小时,螺旋桨效率很低。对飞行速度较 低而发动机转速较高的轻型飞机极为不利。例如:飞行速度为72千米/小时,发动转 速为6500转/分时,η≈32%。因此超轻型飞机必须使用减速器,降低螺旋桨的转 速,提高进距比,提高螺旋桨的效率。
            二、螺旋桨几何参数
           直径(D):影响螺旋桨性能重要参数之一。一般情况下,直径增大拉力随之增大, 效率随之提高。所以在结构允许的情况下尽量选直径较大的螺旋桨。此外还要考虑螺旋 桨桨尖气流速度不应过大(<0.7音速),否则可能出现激波,导致效率降低。
           桨叶数目(B):可以认为螺旋桨的拉力系数和功率系数与桨叶数目成正比。超轻型飞 机一般采用结构简单的双叶桨。只是在螺旋桨直径受到限制时,采用增加桨叶数目的方 法使螺旋桨与发动机获得良好的配合。
           实度(σ):桨叶面积与螺旋桨旋转面积(πR2)的比值。它的影响与桨叶数目的影响相 似。随实度增加拉力系数和功率系数增大。
           桨叶角(β):桨叶角随半径变化,其变化规律是影响桨工作性能最主要的因素。习惯 上以70%直径处桨叶角值为该桨桨叶角的名称值。
           螺距:它是桨叶角的另一种表示方法。图1—1—22是各种意义的螺矩与桨叶角的关 系。
          几何螺距(H):桨叶剖面迎角为零时,桨叶旋转一周所前进的距离。它反映了桨叶 角的大小,更直接指出螺旋桨的工作特性。桨叶各剖面的几何螺矩可能是不相等的。习 惯上以70%直径处的几何螺矩做名称值。国外可按照直径和螺距订购螺旋桨。如 64/34,表示该桨直径为60英寸,几何螺矩为34英寸。
           实际螺距(Hg):桨叶旋转一周飞机所前进的距离。可用Hg=v/n计算螺旋桨的实际螺矩值。可按H=1.1~1.3Hg粗略估计该机所用螺旋桨几何螺矩的数值。
           理论螺矩(HT):设计螺旋桨时必须考虑空气流过螺旋桨时速度增加,流过螺旋桨旋转平面的气流速度大于飞行速度。因而螺旋桨相对空气而言所前进的距离一理论螺矩将大于实际螺矩。
           三、螺旋桨拉力在飞行中的变化
           1.桨叶迎角随转速的变化
           在飞行速度不变的情况下,转速增加,则切向速度(U)增大,进距比减小桨叶迎角增大,螺旋桨拉力系数增大(图1—1—20所示)。又由于拉力与转速平方成正比,所以增大油门时,可增大拉力。
           2.桨叶迎角随飞行速度的变化:
           在转速不变的情况下,飞行速度增大,进距比加大,桨叶迎角减小,螺旋桨拉力系数减小。如图1—1—20所示,拉力随之降低。
           当飞行速度等于零时,切向速度就是合速度,桨叶迎角等于桨叶角。飞机在地面试 车时,飞行速度(V)等于零,桨叶迎角最大,一些剖面由于迎角过大超过失速迎角气动 性能变坏,因而螺旋桨产生的拉力不一定最大。
           3.螺旋桨拉力曲线:
           根据螺旋桨拉力随飞行速度增大而减小的规律,可绘出螺旋桨可用拉力曲线。
           4.螺旋桨拉力随转速、飞行速度变化的综合情况:
           在飞行中,加大油门后固定。螺旋桨的拉力随转速和飞行速度的变化过程如下:
           由于发动机输出功率增大,使螺旋桨转速(切向速度)迅速增加到一定值,螺旋桨拉 力增加。飞行速度增加,由于飞行速度增大,致使桨叶迎角又开始逐渐减小,拉力也随 之逐渐降低,飞机阻力逐渐增大,从而速度的增加趋势也逐渐减慢。当拉力降低到一定 程度(即拉力等于阻力)后,飞机的速度则不再增加。此时,飞行速度、转速、桨叶迎角 及螺旋桨拉力都不变,飞机即保持在一个新的速度上飞行。

    平衡

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