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    基础知识 | 直升机功率

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    功率:在航空范围内,指的是发动机做功的快慢。发动机单位时间内所做的功叫做这台发动机的功率

    直升机功率

    直升机的功率可分为旋翼构型功率、诱导功率、寄生功率、辅助功率。除上述的辅助功率外,其他三种功率都会与空速的增加而产生变化。

    旋翼构型功率

    旋翼构型功率仅仅是驱动旋翼转动所需的功率,是为了克服旋翼转动产生的阻力所需的功率。

    功率=扭矩×转速

    阻力的测量单位是牛顿,如果应用要素理论对沿桨叶的力进行积分,就可以得出桨叶以及旋翼的扭矩。

    扭矩的测量单位是牛米,如果我们把RPM转换成圆弧S-1,即可与扭矩值相乘从而得出旋翼构型功率的曲线图。

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    诱导功率

    诱导功率是产生升力的同时所需的那部分功率。它是克服因诱导阻力所需的功率。

    诱导功率是大量空气在诱导速度下流经桨盘所需的功率。

    如果T是旋翼推力(在直升机悬停时等于重力),同时Vi表示这个力与气流的相对移动的速度。Pi表示诱导功率。

    Pi=T×Vi

    寄生功率

    寄生功率是机体在空气中移动时所需要的一部分功率。它是克服寄生阻力所需的功率。

    如果寄生阻力=CD½Pv²S,我们知道寄生功率是机身通过空气阻力时的相对速度。

    寄生功率=CD½Pv³S

    辅助功率

    辅助功率是辅助发电机、空调等电子设备所需的功率。

    驱动交流发电机所需的功率同样是电压×电流并以瓦为单位。


     

    将上述功率汇总我们可以得到一张直升机功率需求曲线图

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    如何运用功率

    懂得功率需求

    在一定的飞行条件下,每架直升机的性能包线由所需功率与可用功率之间的关系决定。

    所需功率可以理解为机身所需的功率,可用功率可以理解为发动机提供的功率。

    换句话说,直升机并不在乎是什么发动机来驱动,就像发动机同样不在乎它给什么提供动力。

    当一架5000磅重的直升机保持1英尺高度悬停,与保持巡航高度飞行所需要的功率是一样的。但是直升机旋翼转动加速大量空气气流从而产生升力,旋翼转动需要动力(做功的速度)来克服旋转时的阻力。飞行员在驾驶舱内可以直观的查看功率值参数。空气密度、空速和飞行条件的变化会导致功率需求的变化。

    一般来说,发动机的最大可用功率可以假定为恒定值。

    旋翼构型功率在直升机悬停时占主旋翼功率的15%-40%

    诱导功率随着桨叶迎角的增大需求增大,占主旋翼功率的60%-80%

    寄生功率随着空速的增大而立方倍的增大。

    直升机由悬停至前飞状态时,由于过渡速度升力,所需的总功率急剧下降。

    由此我们可以代入,直升机由悬停至前飞状态时,由于过渡速度升力,所需的总功率急剧下降。总功率会随着空速的增加而减小,(以RobinsonR44为例)空速增加到55kts,总功率开始随空速的增加而增加,故55ktsR44最大爬升率速度。超过这个速度后,旋翼变得更有效率,但风阻开始主导,此时寄生功率和诱导功率作为总功率的主要贡献者。此后,总功率开始增大,直到达到最大可用功率,这便决定了直升机的最大水平速度。

    虽然桨叶和机身在高海拔的稀薄空气中阻力相比会小,但因此桨叶较低海拔则需要更大的迎角产生升力,所以随着高度的增大,总功率需求也会增大。

    善于运用功率

    对于直升机的功率有一个敏锐的了解可以帮助飞行员完善飞行技术,最大化的利用功率和最小化减少维修工作量。包括前飞时的大量气流功率所需小和悬停时的功率所需大。如果飞行员知道R44左脚蹬或向左移动周期变距杆的行程会影响主旋翼的总功率变化,那么他就可以提前预知直升机的转向会‘吃’掉一部分的主旋翼总功率,提前掌握直升机的极限,防止超扭矩或功率不足的情况出现。

     

    如何判断功率

    Full Throttle Caution Light 全油门警示灯

    在部分Robinson直升机上,配置有全油门警示灯,当警示灯亮起时表示发动机已经到达最大功率,在这种情况下Governor(电子协调器)无法再自动增大油门开度量以保持旋翼转速,所以警示灯亮起后飞行员需下放一定量的总距杆以防Low RPM(旋翼低转速)的发生。

    基础知识 | 直升机功率

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    Manifold Pressure Gauge(进气压力表)

    在搭载活塞发动机的直升机中,进气压力表能最直观的告诉飞行员功率的数值变化。

    进气压力表显示了发动机进气管的绝对压力,是对进气管道内空气燃油混合汽绝对压力的测量,当直升机未启动时,表显示数值应与外界大气压力相等,一旦启动,表显示数值应绝对小于大气压力。

                                               基础知识 | 直升机功率

                                               基础知识 | 直升机功率

    飞行员通过查看铭牌可知当前或即将飞行区域的最大可用功率与最大速度

    IGE&OGE(有地效与无地效效应)

    IGE是指主旋翼的下洗气流能够与坚硬平坦地表产生碰撞,桨盘下方区域的气压略微增加,直升机就像‘漂浮’在一个‘气垫’上。这意味着此时悬停所需的功率更少,IGE通常在高度为0.5-1.0倍的主桨长度,例如一架直升机旋翼直径为48英尺,IGE区域大约在距地面24-48英尺的高度上,这个高度会根据直升机类型、地面坡度和地表的性质以及风的变化而改变。

    OGE是指与IGE相反的情况,即下洗气流没能与坚硬平坦地表产生碰撞。例如一架直升机悬停在150ft的高度比悬停在15ft的高度上需要更多的功率。因此由于发动机功率为恒定的,直升机OGE的上限总是低于IGE

    举个例子:最大重量=4000ftOGE6000ftIGE的悬停上限。这意味着满载的直升机可以在4000ft的海面上悬停,也可以在6000ft高的山顶平面上悬停。

    基础知识 | 直升机功率

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    飞行员通过领航作业时提前计算海拔、温度可对直升机进行最佳的配重状态。

    功率课题研究员:Frank Lombardi  1991年获得航空航天工程学士学位后开始飞行生涯。2000年以来Frank一直在东海岸警局的航空警队驾驶直升机。他拥有Tennessee大学航空系统验证飞行硕士学位。

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