(a)正常飛行(b)自轉(zhuǎn)圖 1-28正常飛行和自轉(zhuǎn)時氣流的方向當氣流方向改變后,主槳上的空氣動力完全改變,這個改變可以保證主槳仍然能自由轉(zhuǎn)動且提供足夠的升力和推力以滿足安全著陸的要求。為理解空氣動力是如何改變的,必須先考慮槳葉的攻角,因為攻角決定了升力和推力的大小和變化。槳葉的攻角由以下因素決定:直升機的下降率;直升機的飛行速度;槳葉的轉(zhuǎn)速;槳葉的槳葉角(安裝角)
其中的兩個因素是常數(shù),下降率取決于總距桿的位置,飛行速度取決于周期變距桿的位置,所有這些因素如圖 1-29用矢量 “下降誘導氣流 ”來表示。“下降誘導氣流 ”沿槳葉展向變化,從葉根至葉尖逐漸增大。由于槳葉設(shè)計制造時是扭轉(zhuǎn)下洗的,槳葉的槳葉角從葉根至葉尖逐漸減小。
為了分析問題方便,以西科斯基的槳葉為例,槳葉的下洗扭轉(zhuǎn)角通常是 7o,當總距桿在完全放低位時,槳葉葉根處的槳葉角是 8o,葉尖處的槳葉角是 1o,另外在槳葉上選擇一個點叫 “理想點 ”,位于槳葉展向中間靠外側(cè)一點,該點的槳葉角是 4o,我們把這點叫作 “理想點 ”是因為在這點升力 /阻力比值最小。
按圖 1-29(a)分析在葉根處的受力情況。
首先必須確定自轉(zhuǎn)時的相對氣流的大小和方向,相對氣流是 “下降誘導氣流 ”(沿槳葉翼展方向不變)和“轉(zhuǎn)動誘導氣流 ”的矢量和,其中 “轉(zhuǎn)動誘導氣流 ”值較小,是因為在葉根處槳葉的轉(zhuǎn)動速度較小。自轉(zhuǎn)相對氣流與弦線的夾角是自轉(zhuǎn)攻角,在葉根處攻角較大,此時應該產(chǎn)生較大的升力,然而由于葉根處轉(zhuǎn)速較小,實際產(chǎn)生的升力并不是期望的那么大,而且實際產(chǎn)生的升力與相對氣流垂直并且略向前傾斜,如果這個向前傾斜的升力沒有平衡力,將引起槳葉加速。實際上升力分量受到槳葉型阻的制約,槳葉的型阻可引起槳葉的減速。而由于攻角較大,槳葉阻力分量也將較大且方向與升力分量垂直。
為判斷槳葉是加速還是減速,必須將升力分量和阻力進行矢量合成,合成后的矢量方向略向后傾斜。
升力分量和阻力的合成矢量叫做自轉(zhuǎn)力,如果這個力相對于垂直軸向后傾斜,該力為負。將自轉(zhuǎn)力分解為垂直和水平兩個分力,其水平分力正好與槳葉轉(zhuǎn)動方向相反,使槳葉減速。而垂直分力與重力方向相反,對直升機起一定的支撐作用。
現(xiàn)在分析 “理想點 ”,如圖 1-29(b)。與前面一樣,先確定相對氣流的大小和方向。該處下降誘導氣流不變,而轉(zhuǎn)動誘導氣流增大了,合成后的相對氣流產(chǎn)生的攻角與在葉根處相比較小,相對氣流的攻角和較大的轉(zhuǎn)動速度共同作用將產(chǎn)生比在葉根處大得多的升力。
前面提到在 “理想點 ”我們可以獲得最佳的升力與阻力的比值,也就是說在該點可以產(chǎn)生最大的升力,同時阻力最小。因此圖中的阻力小得多。將升力分量和阻力合成后得到自轉(zhuǎn)力,此時的自轉(zhuǎn)力為正值,即向前傾斜。此時自轉(zhuǎn)力的水平分力與槳葉轉(zhuǎn)動方向相同,槳葉將加速。
現(xiàn)在再來分析在槳葉葉尖處的受力。首先仍然先確定相對氣流的大小和方向,與前面相比,下降誘導氣流不變,由于葉尖處的轉(zhuǎn)速很大,轉(zhuǎn)動誘導氣流因而增大很多,因此相對氣流的攻角很小,雖然該點的轉(zhuǎn)速很大,但升力分量值不會很大。
但大轉(zhuǎn)速將引起較大的阻力,同時葉尖處氣流產(chǎn)生的渦流也將引起較大的阻力,因此該點的阻力分量很大,如圖 1-29(c)。
將升力分量和阻力合成后得到自轉(zhuǎn)力,此時又為負值。自轉(zhuǎn)力的水平分力又與槳葉轉(zhuǎn)動方向相反,將使槳葉減速。
自轉(zhuǎn)攻角 8°槳葉角自轉(zhuǎn)相對氣流
圖 1-29(a)葉根
自轉(zhuǎn)攻角
自轉(zhuǎn)相對氣流
圖 1-29(b)理想點
1°槳葉角
自轉(zhuǎn)攻角
圖 1-29(c)葉尖
綜上所述,自轉(zhuǎn)力在槳葉的兩端為負值,在槳葉的中部為正值,因此,在槳葉上必定有兩個點自轉(zhuǎn)力為零,如圖 1-30。負的自轉(zhuǎn)力使槳葉減速,正的自轉(zhuǎn)力則使槳葉加速,如果正和負的自轉(zhuǎn)力大小相等而方向相反,則可以互相抵消,槳葉保持勻速轉(zhuǎn)動,既不加速也不減速。
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