直升机的飞行原理.ppt

212之家 杨叶于虞遇曾旭飞陆储玺剑浩博 我们是爱物理的 直升机的飞行原理 直升机的飞行状态 1 原地升空2 悬停3 前飞4 侧飞5 后飞 原地升空 在原地产生升力 作为直升机旋翼的雏形就是竹蜻蜓 那么 直升机是如何垂直升空的呢 直升机是如何升空的 1 普通飞机的飞行原理2 直升机的飞行原理 普通飞机的飞行原理 机翼要产生升力 必须机翼和空气要有相对运动 或者说要有相对速度 而且升力的大小是和速度的平方成正比的 所以飞机机翼作为飞机的主升力面 要产生升力必须要有风 或者相对速度吹过机翼 那当然飞机就不能在原地起飞 必须在跑道上滑跑 通过滑跑加速 使速度达到一定值以后 机翼上的升力才能把飞机托起来 所以飞机的起飞和着陆都要滑跑 直升机的飞行原理 直升机可以不滑跑 它能够在原地起飞 也可以悬在空中不动 主要靠什么呢 主要靠它的升力面 旋翼 机体虽然不动 但是旋翼旋转起来以后 桨叶上就有了相对气流速度 这个速度使桨叶产生升力 就把直升机拉起来了 飞机就像我们放风筝 放风筝必须有风 如果没有风 那我们就拉着风筝跑 这就有了相对风 等升到空中以后 空中有风了 那么风筝就可以飘在上面 像直升机 它虽然机体不跑 但旋翼旋转等于在桨叶上产生了相对风 有趣的现象 请看一段录像 为什么加上尾桨前机身会随着旋转呢 当我们划船 我们拿着桨去拨水 往后拨水 水给桨一个反作用推力 通过人的手和身体传给船 那么船就往前走 这就是作用力和反作用力 直升机飞行主要靠旋翼产生的拉力 当旋翼由发动机通过旋转轴带动旋转时 旋翼给空气以作用力矩 或称扭矩 空气必然在同一时间以大小相等 方向相反的反作用力矩作用于旋翼 或称反扭矩 从而再通过旋翼将这一反作用力矩传递到直升机机体上 如果不采取措施予以平衡 那么这个反作用力矩就会使直升机逆旋翼转动方向旋转 所以要发明直升机 就要解决不让机身转动 啊哈 原来如此 PK反旋扭矩 1 共轴双旋翼式 上下两个旋翼反转 它们的反扭矩彼此平衡了 不要传到机身上去 2 横列式双旋翼 把两个旋翼设计在机身的左右两边 它们也是反转 3 交叉双旋翼式 两个旋翼都是交叉的 4 纵列双旋翼式 两副旋翼 同速 反向旋转 它们的反扭矩彼此平衡 所以可以保持机身就不转了 5 单旋翼式 在直升机的尾部加了一个垂直安装的旋翼 实际上我们叫它尾桨 它指向侧面的拉力对重心就有一个力矩 这个力矩来平衡旋翼旋转的反扭矩 所以现在世界上百分之九十五以上的直升机 是这种单旋翼带尾桨式的 单旋翼式直升机 旋翼和尾桨的转速应该满足什么条件才能使飞机不发生旋转 由M dJ dt得 M I F2 L mr2 3又F ks F1 Mg k r12 1F2 k r22 2所以F2 r22 2Mg r12 1所以r22 2MgL r12 1 mr12 3 2 1 mr14 3r22MgL注 M为机身的质量 m为旋翼的质量 s为旋 尾 翼的面积 单翼式直升机的悬停 悬停时 单旋翼式直升机力的平衡如右图所示 旋翼拉力在铅垂面的升力分量T1与全拉的飞行重力G平衡 用于平衡反扭矩的尾桨推力T尾则等于旋翼在水平侧向分力T3 即 铅垂方向 T1 G水平侧向 T尾 T3 直升机中陀螺仪的使用 直升机飞行的基本原理是利用旋翼可变角度产生反向推力而上升 但对机身会产生扭力作用 于是需要加设一个尾桨来抵消扭力 平衡机身 但怎样使尾桨利用合适的角度 来平衡机身呢 这就用到陀螺仪了 它可以根据机身的摆动多少 自动作出补偿讯号给伺服器 去改变尾桨角度 产生推力平衡机身 直升机的侧飞 侧飞是直升机特有的又一种飞行状态 它与悬停 小速度垂直飞行及后飞一起是实施某些特殊作业不可缺少的飞行性能 一般侧飞是在悬停基础上实施的飞行状态 其特点是要多注意侧向力的变化和平衡 由于直升机机体的侧向投影面积很大 机体在侧飞时其空气动力阻力特别大 因此直升机侧飞速度通常很小 由于单旋翼带尾桨直升机的侧向受力是不对称的 因此左侧飞和右侧飞受力各不相同 向后行桨叶一侧侧飞 旋翼拉力向后行桨叶一例的水平分量大于向前行桨叶一侧的尾桨推力 直升机向后方向运动 会产生与水平分量反向的空气动力阻力Z当侧力平衡时 水平分量等于尾桨推力与空气动力阻力之和能保持等速向后行桨叶一侧侧飞