自转旋翼机的基本构造和原理精编

自转旋翼机的基本构造

和原理精编

Document number：WTT-LKK-GBB-08921-EIGG-22986

自转旋翼机的基本构造和原理

自转旋翼机的基本构造包括: 机身、旋翼、尾翼、起落装置、动力装置、座舱仪表。如图3-1所示。

图3-1 自转旋翼机的基本构造

一、机身

机身的主要功能是为其它部件提供安装结构。机身的常见材料是金属材料和复合材料。可以是焊接或是螺栓连接，也可以采用搭配组合方式来实现。

二、旋翼

旋翼的主要功能是为自转旋翼机提供必须的升力和控制能力。常见的结构是带桨毂倾斜控制的跷跷板式旋翼。翘翘板式旋翼，也就是两片桨叶刚性地连接在一起，当一片桨叶向上运动时，另一片桨叶向下运动。

图3-2 跷跷板式结构的旋翼头

三、尾翼

尾翼由垂直尾翼和水平尾翼组成。主要功能是为自转旋翼机提供稳定性及偏转控制。

四、起落装置

起落装置的功用是提供航空器起飞、着陆和地面停放之用。它可以吸收着陆冲击能量，减少冲击载荷，改善滑行性能。

自转旋翼机一般有三个起落架，其中两个主要起落架位于重心附近的机身两侧，起主要的支撑作用，另一个起落架在机头或机尾。若在机尾，则称为后三点式，较适合在粗糙道面上行进；若在机头，则称为前三点式，为大多数自转旋翼机所采用，并且该前轮可通过方向舵脚蹬控制偏转，以便地面滑行时灵活转弯。轮式起落架一般设有减震装置，能吸收大部分着陆能量，可以在硬性路面上进行滑行起飞和降落。能在水上起降的自转旋翼机，采用浮桶式起落架。

五、动力装置

为自转旋翼机提供动力，推动其前进的装置称为动力装置。它由发动机、燃料系统以及导管、附件仪表等组成。在地面，动力装置提供旋翼系统预旋的动力；飞行时，动力装置不为旋翼系统提供动力。

六、座舱仪表

座舱仪表是提供给飞行员观察和判断飞行状态，以做出正确的操纵控制。它们一般包括发动机仪表（如转速

表、油压表等）、气动仪表（如空速表、升降速度表等）、电子仪表（如地平仪、导航仪）等。不同的自转旋翼机根据结构复杂程度选装不同配置的仪表。图3-6为常见的自转旋翼机座舱仪表。

图3-6 常见的自转旋翼机座舱仪表

自转旋翼机的工作原理

自转旋翼机是通过旋翼来产生升力的，因此，了解旋翼空气动力的产生和变化，是掌握自转旋翼机运动规律和操纵原理的基础。本章介绍旋翼、桨叶的工作参数，分析

旋翼升力、阻力的产生和影响因素，以及桨叶运动的空气动力。

第一节旋翼和桨叶

一、旋翼

（一）旋翼直径和桨盘载荷

旋翼直径：旋翼旋转时，桨尖所划圆圈的直径，叫做旋翼直径，用D表示。如图4-1所示。

图4-1 旋翼直径

桨盘面积：桨叶旋转所划圆的面积，叫桨盘面积，用F 表示。

桨盘载荷：自转旋翼机的飞行重量与桨盘面积的比值，叫做桨盘载荷。即

P=G F

式中：P-桨盘载荷（千克/米2）

G-旋翼机的飞行重量(千克)

F-旋翼的桨盘面积（米2）

（二）旋翼实度（或称充填系数）

所有桨叶面积之和同桨盘面积的比值，叫做旋翼实度，用σ表示。

KF

F

σ=叶

式中 K-片数

F-一片桨叶的面积（米2）

（三）旋翼转速和桨毂旋转平面

旋翼转速：旋翼每分钟旋转的圈数，叫旋翼转速，用n 表示。旋翼转动的快慢又可用角速度(Ω)表示。角速度以每秒钟转过的弧度为单位（弧度/秒）。两者的关系为：

Ω=2π（n/60）=πn/30（弧度／秒）圆周速度(Ωr)：桨叶某一切面在旋转中的切向速度。其数值等于旋翼的旋转角速度和该切面至旋转中心的距离的乘积，即Ωr。

桨毂旋转平面：桨毂旋转时与桨毂轴垂直的旋转平面，叫桨毂旋转平面。在研究问题时，它是桨叶和旋翼很重要的基准面。

（四）旋翼的有效工作面积

旋翼工作时，整个桨盘面积并不都有效地产生拉力。桨叶尖端由于存在桨尖涡流，桨盘上下压力差减小，产生的拉力很小。桨毂不产生拉力，因此，在计算有效面积时应减去旋翼桨盘面积的中心和边缘部分。有效面积约为桨盘面积的92%-96%。

（五）旋翼迎角

旋翼迎角：相对气流与桨毂旋转平面之间的夹角，叫旋翼迎角。

二、桨叶

（一）桨叶的平面形状

桨叶通常有矩形、梯形、混合梯形和桨尖具有后掠形，目前旋翼机普遍采用矩形桨叶。如图4-2所示。

图4-2 桨叶的平面形状

（二）桨叶的切面形状

桨叶通常为平凸型、双凸型和对称型，如图所示。自转旋翼机通常采用S翼型，如8H-12翼型。

图4-3 桨叶的切面型状

（三）桨叶的工作参数

1. 桨叶切面安装角

桨叶的弦线与桨毂旋转平面之间的夹角，叫桨叶安装角，用φ表示。如图4-4所示。相对于桨毂旋转平面，桨叶前缘高于后缘，φ为正。

桨距：桨叶半径等于处的切面（该切面称特性切面）的安装角。

总距：各片桨叶的桨距的平均值叫旋翼的总距，用φ7表示。

图4-4 桨叶安装角

2. 桨叶切面迎角

桨叶旋转时，桨叶切面的相对气流合速度(W)与其翼弦之间的夹角，用α表示。相对气流从弦线下方吹来，迎角为正。通常特性切面的迎角，叫桨叶迎角，用α7表示。桨叶迎角和旋翼迎角是不同的。

3. 桨叶切面来流角

桨叶的相对气流合速度W与桨毂旋转平面的夹角。用ε表示。相对气流合速度与桨毂旋转平面一般是不平行

的。W从上方吹向桨毂旋转平面，ε为正；反之，从下方吹向桨毂旋转平面，ε为负。如图4-5所示。

图4-5 桨叶安装角、迎角、来流角三者的关系从图4-5中不难看出，安装角、桨叶迎角、来流角三者之间的关系为：

α=φ-ε

第二节旋翼的自旋

一、自旋

直升机和自转旋翼机之间的一个根本不同：在于依靠动力维持飞行的过程中，直升机通过发动机的动力旋转翼面，从上方吸收气流；自转旋翼机旋翼系统工作在自旋状态下。这意味着旋翼依靠向上流过翼面的气流维持自身的自由旋转。在自旋过程中产生的力一方面维持旋翼的旋转，另一方面产生将飞行器维持在空中的升力。从空气动力学的角度而言，在正常飞行时自转旋翼机旋翼系统的运