直升机飞行动力学书籍下载

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内容提要:

直升机的飞行力学问题是直升机设计过程中带有全局性的重要研究问题。本教材主要介绍直升机飞行力学的基本理论和基本研究方法。其主要内容包括旋翼空气动力学基础，直升机的平衡、性能、稳定性和操纵性分析，以及机动飞行运动学等方面的知识。从数学角度介绍了参考系的转换和直升机非定常运动方程。在侧重于物理概念的基础上较详尽地阐述了旋翼挥舞特性和直升机飞行力学问题的理论分析和数学模拟方法。

本教材适合于航空院校高年级大学生或研究生使用，也可供从事直升机设计与研究的

工程技术人员及其他相关专业人员学习参考。

《直升机飞行力学》教材旨在使航空院校飞行器设计专业的高年级大学生或研究生通过学习掌握直升机飞行力学的基本研究方法和工程应用的理论基础，也是一本供从事直升机飞行力学技术人员阅读的专业书。全书共分 9章，第 1章在给出严密的定义之后主要讨论飞行力学所研究问题的类型和研究工具。第 2章给出参考系及其转换的关系，主要导出一般的飞行器动力学使用的参考系和直升机特有的参考系之间的转换式，并给出直升机运动参数的定义。第 3章介绍非定常运动的一般方程，导出任意运动参考系中的速度和加速度的表达式，给出风轴系和体轴系中的力和力矩方程，就直升机的部件（旋翼、尾桨、水平尾面、机身）给出其作用和力的描述。第 4章讨论稳定飞行状态下的性能计算。在描述活塞式发动机和涡轮轴发动机的特性之后，提出直升机作为功率型飞行器的概念。讨论需用功率曲线、功率平衡关系和剩余功率，最后给出垂直飞行性能、平飞性能、爬升性能的计算方法。第 5章论述旋翼空气动力学的应用问题，介绍翼型的升力、阻力和俯仰力矩特性，旋翼非定常空气动力学，旋翼组合动量理论与叶素理论、涡流理论。第 6章讨论旋翼的挥舞特性，阐明旋翼挥舞的控制方法，推导铰接式、无铰式旋翼挥舞方程。在给出挥舞变距扭转耦合运动方程的基础上，讨论旋翼 /机体耦合作用，特别是由俯仰和滚转角速度产生的挥舞。第 7章介绍直升机的平衡，内容包括平衡操纵方式、平衡方程的组成、直升机悬停和前飞时的平衡计算方法。第 8章介绍直升机稳定性和操纵性的分析方法，推导直升机线化的受扰运动方程，给出直升机稳定性导数和操纵性导数的计算公式。第 9章论述直升机机动飞行运动学，详细介绍了纵向、横向和三维机动飞行典型科目的定义与计算方法。本书在编写过程中得到了北京航空航天大学校领导、教务处领导和北京航空航天大学出版社的大力支持；李椿萱院士审定了书稿，并提出了宝贵的修改意见。此外，本书的完成还得益于作者所在课题组的集体智慧，特别是陈科博士、袁坤刚博士做了一些有益的工作，

在此一并表示感谢。

由于编者水平有限，书中不妥之处敬请读者批评指正。

第 1章绪论

1.1 飞行动力学的内容 1

1.1.1 定义 1

1.1.2 研究问题的类型 3

1.2 飞行动力学的研究工具 4

1.2.1 解析工具 4

1.2.2 计算工具 4

1.2.3 实验工具 4

1.3 直升机概况 5

1.3.1 发展简述 5

1.3.2 直升机分类 7

第 2章参考系及其转换

2.1 引言 9

2.2 在飞行器动力学中使用的参考系 9

2.2.1 惯性参考系 F

I

9

2.2.2 固定于地球的参考系 F

E

10

2.2.3 连带于飞行器的垂直参考系 F

V

10

2.2.4 固定于大气的参考系 F

A

10

2.2.5 风轴系 F

W

11

2.2.6 体轴系 F

B

11

2.2.7 稳定性轴系 F

S

12

2.3 直升机运动参数的定义 12

2.3.1 直升机角运动参数 12

2.3.2 直升机线运动参数 13

2.4 常用两种坐标系的比较 14

2.4.1 体轴系 15

2.4.2 体轴系与连带于飞行器的垂直参考系的关系 16

2.4.3 体轴系与风轴系的关系 16

2.4.4 体轴系与旋翼构造轴系的关系 17

2.4.5 翼型坐标轴系 18

第 3章非定常运动的一般方程

3.1 引言 19

3.2 在任意运动参考系中的速度和加速度 19

3.3 风轴系中的力方程 20

3.4 体轴系中的力和力矩方程 21

3.4.1 力方程 21

3.4.2 力矩方程 22

3.5 直升机各部件作用和力的描述 23

3.5.1 旋翼 23

3.5.2 尾桨 25

3.5.3 水平尾面 29

3.5.4 机身 29

第 4章性能分析

4.1 引言 31

4.2 发动机特性 31

4.2.1 活塞式发动机 31

4.2.2 涡轮轴发动机 32

4.3 需用功率曲线 35

4.3.1 直升机作为功率型飞行器概念的提出 35

4.3.2 需用功率与剩余功率 36

4.4 垂直飞行性能 37

4.4.1 功率平衡关系 37

4.4.2 性能计算 37

4.5 前飞性能 40

4.5.1 平飞极限速度 40

4.5.2 续航性能 41

4.5.3 爬升性能 44

4.6 自转性能 45

第 5章旋翼空气动力学的应用

5.1 引言 47

5.2 翼型升力阻力特性 47

5.2.1 升力特性 47

5.2.2 阻力特性 49

5.3 翼型俯仰力矩特性 50

2 直升机飞行力学

5.4 旋翼空气动力学基础 52

5.4.1 旋翼组合动量理论与叶素理论 52

5.4.2 旋翼涡流理论 53

5.5 旋翼空气动力学的其他问题 56

5.5.1 非定常气动力模型 56

5.5.2 旋翼动态失速 59

第 6章旋翼的挥舞特性

6.1 挥舞定性讨论及控制方法 61

6.1.1 旋翼挥舞特性 61

6.1.2 旋翼挥舞控制方法 64

6.2 计入铰外伸量影响的挥舞方程 66

6.3 无铰旋翼挥舞方程 68

6.4 挥舞变距扭转耦合运动方程 69

6.4.1 桨叶弹性挥舞偏微分方程 69

6.4.2 刚性变距和弹性扭转运动方程 69

6.5 由俯仰和滚转角速度产生的挥舞 70

第 7章直升机的平衡

7.1 引言 72

7.2 平衡操纵方式 72

7.3 平衡方程的组成 73

7.4 平衡计算原则 74

7.5 直升机悬停时的平衡 75

7.5.1 纵向平衡 75

7.5.2 横航向平衡 79

7.6 直升机平飞时的平衡 82

7.6.1 纵向平衡 82

7.6.2 横航向平衡 86

7.6.3 机体 /旋翼全耦合纵横向运动的平衡计算 89

第 8章稳定性和操纵性分析

8.1 引言 91