旋翼升力的产生.doc

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1、1旋翼升力的产生和变化升力是空气动力，是支托直升机在空中飞行的力量。飞行员操纵直升机、改变飞行状态，通常是通过改变升力的大小及方向来完成的。因此，掌握升力的产生的原因及变化规律非常重要。1.1升力产生的原因研究升力和产生和变化，要根据桨叶翼型的流谱来定性地分析。翼型的流谱主要取决于翼型的形状和旋翼在气流中的相关位置，这个相关位置用桨叶迎角来表示。1.1.1迎角的概念桨叶迎角是指桨叶翼弦与相对气流合速度的夹角，用“α”表示。如图1-所示。图-1桨叶迎角迎角有正负之分。相对气流方向指向桨叶下表面时，迎角为正；相对气流方向反指向桨叶上表面时，迎角为负；相对气流方向

2、与翼弦平行时，迎角为零。1.1.2升力产生的原因翼型不同或迎角不同，则翼型的流谱也会不同。现以空气流过具有一定正迎角的双凸形翼型为例，根据翼型流谱来定性地说明旋翼升力产生的原因。20如图-1所示，空气流到翼型前缘后，分成上下两段，分别沿翼型上下表面流过。由于翼型有一定的正迎角，上表面较凸出，所以翼型上表面的流线弯曲较大、流管变细；下表面流管变粗。根据一维定常流动的连续方程PVA=m秒(千克/秒)和伯努利方程P+1/2•ρV2＋Pgh=常数可以得之，在翼型上表面，流管变细(A减少)，则流速V就要加快，压力P减速少；下表面的流管粗，则流速减速慢，压力P增大。于是

3、，翼型上下表面出现压力差。翼型上下表面出现压力差.翼型上下表面垂直于相对气流方向压力差的总和就是翼型的升力(Y翼)。为了便于研究，规定升力的方向始终于相对气流的方向垂直。1.2升力公式前面我们了解到了升力主生的原因，为了深入地研究旋翼的基本特性、还需要来定量地给升力一个公式。图－2叶素上的压力分布现以单位展长的旋翼为例，来推导升力公式。假设迎角和翼型一定，则旋翼桨叶的流谱也一定。设桨叶前缘相对气流速度为V、压力为P、上下表面在dx截面处的相结气流速度度分别为V上、V下，压力分别为P上、P下。如图-2所示。根据伯努利方程有上表面P+1/2•ρV２=P上+1/2

4、•ρV上２则△P上=P上－P=1/2•ρV2(1-V2上/V2)（1）20下表面P+1/2•ρV2=P下+1/2•ρV下2则△P下=P下－P=1/2•ρV2(1-V下2/V2)（2）在这里我们先引入一个压力系数p，它是指剩余压力与远前方气流动压的比值。设翼面某点的气流动压力流动压为Px，则压力系数Px=(Px－P)／1/2•ρv2=△P／1/2•ρV2（3）根据伯努利方程有Px+1/2·ρVx2=P+1/2·ρV2则△P=1/2·ρ(V2－Vx2)（4）将上式代入式（3）可以得到Px=1－Vx2/V2（5）把式（5）与式（1）、（3）比较得△P上=1/2·ρ

5、V2P上（6）△P下=1/2·ρV2P下（7）我们在单位展长的桨叶叶素上沿弦向取微段ds，该微段上表面弧长为ds上，下表面的弧长为ds下，它们的切线与x轴的夹角分别为θ上θ下。如图－3，叶素上的参数及其受力分析。图－3叶素分析图则作用在该微段上垂直于翼弦的力为△P下ds下cosθ下－△P上ds上cosθ上若桨叶迎角为α，那么，作用在该微会上的升力为20dY1=(△P下ds下cosθ下－△P上ds上cosθ上)cosa（8）式中ds下≈ds上≈dx，所以单位展长桨叶升力为Y１＝(△P下cosθ下－△P上cosθ上)cosadx=1/2ρV2(p下cosθ下－P

6、上cosθ上)cosadx=1/2ρV2b(P下cosθ下－P上cosθ上)cosadx/b令（P下cosθ下－P上cosθ上)cosadx/b=Cy1（9）Cy1是该旋翼翼型的升力系数，那么，单位展长桨叶升力可以写为Y1＝Cy11/2.ρv2b1（10）式中b.1是单位展长的桨叶面积，所以，直升机旋翼升力可仿此写成Y=Cy1/2.pv2S（11）该式即直升机的旋翼升力公式。Cy为升力系数，S为桨叶的总面积。1.3影响升力的因素由升力公式可以看出，升力的大小与升力系数、相对气流动压、桨叶面积成正比。而升力系数数的大小数点又取决于迎角和翼型。所以，影响升力的因

7、素有迎角、翼型、桨叶面积和相对气流动压等。为了于说明，在分析每个因素对升力的影响时，假设其他因素不变。1.3.1迎角对升力的影响20图-4不同迎角的压力分布在一定迎角范围内，增大迎角，桨叶升力增大(图-4a)。因为随着迎角的增大，桨叶上表面流线会更加弯曲，流管会更为收缩，流速加快，压力不断减速小，而下表面气流更加受阻，流管越来越粗，流速不断减速小，压力不断增大。所以，升力随迎角增大而增大。当迎角增大到某一值时，升力系数达到最大，这时所对应的迎角叫临界迎角(图-4b)。迎角超过临界值后，再继续增大，升力系数反而减速小(图-4C)。因为这时，涡流区迅速扩大，气流

8、分离点迅速前移，上表面空气不能紧贴桨叶表面流动，流线