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非定常與干擾
1、旋翼槳葉在不對稱氣流中運轉
懸停時,槳葉的相對氣流速度呈三角形分佈(藍色框),不隨方位角變化。
前飛時,槳葉相對氣流是飛行與旋轉兩種相對氣流之合成,合速度大小及方向各處不同。
翼型的空氣動力與氣流速度的平方成正比,因而槳葉上的力時刻變化,且各處不同。
2、旋翼槳葉的複雜運動:揮舞、擺振、變距
揮舞運動
氣流不對稱:槳葉升力不對稱→形成滾轉力矩→側翻;
槳葉根部設置揮舞鉸:容許槳葉隨著升力變化而上下自由揮舞;
●力矩不會傳至旋翼軸→機身
●揮舞相對速度使剖面迎角變化→槳葉升力實現動態均衡。
擺振運動
槳葉上下揮舞運動中,質心距旋轉軸的距離往復變化,引起前後方向交變的科氏慣性力。
科氏力對槳葉根部形成很大的交變彎矩。為避免疲勞破壞,在根部設置擺振鉸及阻尼器,容許槳葉前後擺振。
變距運動
為改變旋翼拉力的大小,須操縱旋翼總距;
為改變拉力的傾斜方向,須操縱槳葉做週期變距運動,使槳盤旋轉平面傾斜,以實現對直升機的飛行操縱。
此外,細長的槳葉還有彈性變形運動(主要是揮舞彎曲及扭轉)。變形運動與空氣動力相互影響,造成氣動/彈性問題。
現代槳轂系統採用彈性球鉸或柔性梁來取代三個鉸,以提高系統的壽命、可靠性以及可維護性。
3、旋翼的非定常空氣動力
槳葉產生的空氣動力是時刻變化的,會引起嚴重的疲勞及振動問題。
4、直升機上的空氣動力干擾
旋翼的尾流衝擊機身,引起機身上附加的空氣動力;
機身阻擋旋翼尾流,引起旋翼流場及空氣動力改變。
5、地面對旋翼的氣動干擾
地面效應
直升機近地面懸停或慢飛時,地面阻擋了旋翼尾流,使之不能自由膨脹加速,旋翼產生同樣拉力所需的功率減小,或者說旋翼以同等功率能產生更大的拉力。
利用地面效應,直升機可以有更高的懸停升限(有地效升限),也可超載起飛。(氣墊船原理)
旋翼地面效應隨飛行速度(或有風時)而迅速減小、消失。
地面渦
形成:由近地懸停轉為前飛時,旋翼尾流因地面阻擋而轉向前方的部分,與飛行相對風相遇,兩者捲起形成地面渦。
影響:旋翼流場畸變,引起氣動特性變化;地面效應減小(旋翼升力減小),直升機下衝。
飛行操縱須注意:
起飛:懸停轉前飛時,防止下衝撞地
著艦:避免被“吸入”機庫
6、風的干擾
平飛需用功率隨空速變化大,呈馬鞍形曲線,風速或風向改變要求發動機功率跟進,否則狀態改變大。
直升機在懸停及低速飛行時,陣風引起的響應不是“小擾動”,基於線性方程的飛控難以糾偏。
尾槳遠離重心,直升機對側風、後向風的敏感,抗風能力差。
風乾擾影響大,飛控系統應基於非線性方程。
來源:圖說直升機原理
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