直升機幾種典型的飛行狀態、受力分析

2020-09-05 助我飛

一、垂直飛行

1、垂直飛行時的受力分析

在槳葉速度保持不變時，增加槳葉迎角(槳距)會產生額外的垂直升力和拉力，因此直升機會上升。減小槳距會導致直升機下降。在無風條件下，升力和拉力都小於重力和阻力時，直升機會垂直下降。如果升力和拉力大於重力和阻力時，直升機垂直上升。

為使直升機垂直上升，必須要產生更多的升力和拉力以克服重力和阻力。


二、前飛

1、前飛時的受力分析

前飛中，旋翼槳尖軌跡面向前傾斜，旋翼拉力可分解為垂直向上的升力和水平作用在飛行方向上的推力。除了升力和推力，還有重力(向下的作用力)和阻力(向後的作用力或阻滯力和風阻力)。


2、過渡升力

過渡升力是與流經旋翼的水平方向氣流一起出現的。在空速達到約 16 至 24 節時，這種增加的氣流會很顯著。當直升機加速通過這個速度時，旋翼移出自己產生的渦流，進入相對平穩的氣流。氣流也變得更為水平，從而減小了誘導氣流和阻力，並且迎角和升力也有相應的增加。在這個速度上可用的額外升力被稱為「有效的過渡升力」(ETL)。


3、升力不對稱

當直升機在空氣中移動時，流經主旋翼槳盤的相對氣流在前行一側和後行一側是不同的。前行槳葉遇到的相對氣流因直升機的前飛速度而增加，作用在後行槳葉上的相對氣流則因直升機的前飛速度而減弱。因此，相對氣流速度造成槳盤的前行槳葉一側產生的升力大於後行槳葉一側，這種情況定義為升力不對稱。

實際上，主旋翼槳葉能夠自動揮舞和變距使槳盤的升力平衡。槳葉揮舞與作用在後行槳葉上的較慢相對氣流共同作用，通常會限制直升機的最大前飛速度。在大前飛速度下，由於大迎角和較慢的相對氣流速度，後行槳葉會失速。這種情況稱為後行槳葉失速，失速時，機頭上仰、振動並帶有滾轉趨勢-對旋翼系統逆時針旋轉的直升機而言，通常向左滾轉。


三、側飛

1、側飛時的受力

側飛時，槳尖軌跡面向所需飛行方向傾斜。拉力傾斜，即升力-推力總矢量側向傾斜。

這種情況下，垂直分量或升力仍豎直向上，重力豎直向下，但水平分量或推力此時為側向，並伴有反方向的阻力。

四、倒飛

1、倒飛時的受力

倒飛時，槳尖軌跡面向後傾斜，拉力向後傾斜，即旋翼升力-推力矢量向後傾斜。此時，阻力向前，升力豎直向上，重力豎直向下。

五、轉彎

1、轉彎時的受力

前飛時槳盤向前傾，槳盤的總升力-推力也向前傾。直升機帶坡度時，槳盤側向傾斜，導致升力分為兩個分量。升力垂直向上並與重力方向相反的分量稱為升力的垂直分量。水平方向與慣性力(離心力)方向相反的稱為升力的水平分量(向心力)。

坡度增加時，總升力向水平方向更加傾斜，導致轉彎速率增加，因為升力的水平分量增加。由於總升力水平方向上增大，所以升力在垂直方向上的作用會減弱。為了補償升力垂直分量的減小，旋翼槳葉的迎角必須要增加，以保持高度。坡度越大，保持高度所需的旋翼槳葉迎角也就越大。因此，隨著坡度和迎角的增加，總升力增加，轉彎速率增加。


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