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拉力:来自于旋翼,拉力的方向取决于旋翼桨盘倾斜的方向。 -
重力:包括直升机本体、人员、燃油、货物等在内的整机受到的万有引力; -
升力:与来流方向垂直,平飞时与重力方向相反;
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阻力:顺着来流的方向,源于旋翼、机身或其他部件对气流的破坏,而形成的阻碍力。
拉力
对于固定翼飞机来说,拉力通常是指螺旋桨拉力,或者是发动机推力,与机体轴平行,直升机的情况则不同。
对于直升机来说,拉力主要是指旋翼拉力,其方向是会随着旋翼的桨盘倾斜而变化的。比如,桨盘前倾则拉力前倾。驾驶员操纵引起拉力方向变化,相应就会带动直升机向各个方向移动。
当一个物体改变了气流方向且上下表面形成压差时,就会产生升力,而直升机的升力主要来自于旋翼。
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从桨叶剖面气动力来看的话,升力方向与来流垂直,升力大小与有效迎角、来流速度都有关系。
伯努利定理从能量守恒的角度描述了内流体压力与流速的关系,认为流场内的能量在势能(静压)与动能(流速)之间转换,但总的能量保持恒定。对于桨叶剖面来说,当下表面流速降低、静压升高,上表面流速增加、静压降低时,就可以产生向上的气动力。
文丘里效应也是伯努利定理的一种体现。即流入封闭系统(管道)的流量恒定,在横断面积较小的地方,流体就会加速并产生低压,从而产生吸附作用。
阻力
直升机上的阻力可以分为三类:
包括两部分:
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形状阻力,源于结构表面气流分离引起的湍流,阻力大小与浸入流场中的结构形状、尺寸均有关系。像下图,随着结构形状更加趋于流线型,形状阻力逐渐降低。
2、诱导阻力,伴随着桨叶升力而产生。
直升机上不提供升力的桨毂、驾驶舱、起落架等都会产生废阻,而且废阻与速度的平方成正比,所以在大速度时占很大的比重。因此直升机设计尽量采用流线型外形,并且对桨毂和起落架进行整流,从而降低废阻。
直升机飞行过程中,需要克服以上三项阻力,低速时诱导阻力占主要部分,大速度时废阻力占主要部分。总阻力最小的飞行速度对应为直升机的经济速度,需要效率的功率也最低。