第三章 推力和阻力

科利奥里斯效应（CORIOLIS 科利奥里斯效应（CORIOLIS EFFECT
根据动量守恒定律，当物体转动时，物体将保持匀速转动状态直到 有外力改变其转动速度。当转动中物体的重心相对于转动轴的位置 改变时，物体转动的角速度将改变。如果重心向着转动轴移动，转 动的角速度增大，反之角速度减小。 科利奥里斯效应的最佳例子是花样滑冰选手所作的冰上转圈运动。 在转圈初期，选手通常将手臂伸出以保持平衡，转动中逐渐将手臂 收拢直至环抱于胸前，没有施加任何的外力但此时的转动速度增大， 这是因为手臂的收拢改变了人体的重心位置。当转动结束时手臂再 次展出，转动速度又逐渐减慢。 对于直升机的主桨叶，当桨叶向上挥舞时，重心向转动轴靠拢，桨 叶加速；桨叶向下挥舞时重心向外移动，桨叶减速。 需要注意的是科利奥里斯效应在直升机处于过渡飞行状态时最大， 悬停时则不存在。
– 因型阻减小需用功率也减小 – 因旋翼转速增大需用功率也增大 – 因升力增大且诱导阻力相对减小而使需用功 率减小 – 因诱导阻力增大需用功率增大
在大速度前飞时需用功率增加是因为要
– – – – 克服型阻的增大 补偿重心位置的变化 克服因空气密度增大而增大的阻力 补偿可用功率的变化
直升机可飞到的最大高度是由……决定的 直升机可飞到的最大高度是由……决定的
– – – – 飞行手册 空气密度、温度和起飞重量 升力的大小 飞行速度的大小
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桨叶挥舞时因重心与转动轴之间距离变化
引起桨叶转速的变化的现象称作
– – – – 胡克效应 周期性变距 陀螺进动效应 科里奥利斯效应
3.3功率变化 3.3功率变化
本节着重阐述飞行速度增大时为保持平飞功率的
变化情况。最大可用功率 下图给出了飞行速度与功率的曲线图，图中上部 的直线代表最大可用功率，当扭矩Tq、旋翼转速 的直线代表最大可用功率，当扭矩Tq、旋翼转速 Nr、高度不变时，可用功率是恒定的，因此图中 Nr、高度不变时，可用功率是恒定的，因此图中 的直线位置也将保持不变。可用功率线的位置取 决于大气条件如大气温度、大气压力、大气密度 等。例如，在热带气候条件下飞行，可用功率线 比在温带气候条件下更低。
倾将引起飞机机身的前倾，从而使整个主 桨毂前倾，主桨毂又是和主桨轴装配在一 起的，因而主桨轴也会前倾，这时周期操 纵量就可以减小。 下图说明了当机身姿态变化后能够引起旋 翼旋转平面的进一步变化从而周期操纵量 可略微减小。
3.2阻力的产生 3.2阻力的产生
任何物体在空气中运动都将产生阻力，这
是因为空气作为一种流体具有粘性，可以 阻碍物体的运动，由此产生阻力。对于直 升机来说，阻力有以下几种形式：
胡克效应（HOOKER 胡克效应（HOOKER JOINT EFFECT） EFFECT）
当桨叶形成的转动锥体的轴与主桨轴不再重合时，会产生
胡克效应。 直升机在悬停状态时，两个轴互相重合，进入过渡飞行状 态时，由于旋翼旋转平面相对于主桨轴产生倾斜而产生胡 克效应，也叫万向节效应（UNIVERSAL 克效应，也叫万向节效应（UNIVERSAL JOINT EFFECT）。 EFFECT）。 为保证旋翼转速不变，前进桨叶（桨叶运动方向与气流流 动方向相反）必须加速，后退桨叶（桨叶运动方向与气流 流动方向相同）必须减速。 科利奥里斯效应和胡克效应在过渡飞行阶段是同时存在的， 实际上在飞行中两种效应互相作用互相抵消，桨叶在垂直 关节上的水平摆动量很小，只有当飞机振动较大时反应量 才较大。
从曲线中可以得到以下结论： 直升机在无地面效应条件下悬停需要的功率大于在有地效 条件下悬停需要的功率。 当直升机从悬停状态向直接飞行状态转变时，需要增加功 率。在地面效应失去时所需功率值与无地效时的相同，此 时飞行速度约15节（knots） 时飞行速度约15节（knots） 当直升机的飞行速度大于15节并且开始加速时，旋翼诱导 当直升机的飞行速度大于15节并且开始加速时，旋翼诱导 阻力将减小，速度越大，诱导阻力的减小量越大，因此总 阻力减小。 当飞行速度达到60节时，直升机的废阻等阻力增大，且其 当飞行速度达到60节时，直升机的废阻等阻力增大，且其 增加量抵消了诱导阻力的减小量，从而使得总阻力增大， 需用功率也增加。 由于阻力的大小与速度的平方成正比，因此当速度超过80 由于阻力的大小与速度的平方成正比，因此当速度超过80 节后阻力增大的影响迅速增强，必须不断增加功率输出克 服阻力的增大。
– Zero Lift Drag
When an aircraft is flying at zero lift angle of attack the
resultant of all aerodynamic forces acts parallel and opposite to the direction of flight. This is known as ZERO LIFT DRAG and is composed of: Surface friction drag. Form drag (boundary layer normal pressure drag). Interference drag.
注意
只要需用功率曲线在可用功率线之下，直
升机可以在任何条件下飞行，包括在任何 速度下爬升，但升降速度取决于剩余功率 的多少。 如果在热带气候条件下起飞时需用功率大 于可用功率，则必须减小直升机的起飞重 量或者使用滑跑起飞。
复习题
直升机前飞速度增大到15节以上后： 直升机前飞速度增大到15节以上后：
第三章 推力和阻力
3.1推力的产生 3.1推力的产生
旋翼旋转平面倾斜后，旋翼有效力的水平
分量就是推力，推力的大小取决于桨盘倾 斜的角度。倾斜角越大，推力越大，同时 升力将越小，也就是说，当推力增加时， 必须增大旋翼有效力才能保持足够的升力 来平衡飞机的重力。
一旦飞机进入转换飞行状态，主桨盘的前
DRAG
It is dependent upon the following factors: Angle of attack, Shape, ie section and planform, Surface condition, Reynolds Number, Speed of sound (Mach No).
– Lift Dependent Drag
In producing lift the whole aircraft will produce additional
drag composed of: Induced drag (vortex drag). Increments of: Form drag. Surface friction drag. Interference drag. It is now possible to consider all the separate contributions to total drag in terms of zero lift drag and lift dependent drag.
型阻（ 型阻（FORM DRAG）： DRAG）： 由机身的整体外形产生，良好的机身外形可以减小但永 远不能消除这种阻力 废阻（ DRAG）： 废阻（PARASITE DRAG）： 由机身的外部附件如起落架、浮筒、外挂副油箱等产生， 安装不正确的面板、受腐蚀的前缘等也会产生废阻。 翼型阻力（ DRAG）： 翼型阻力（ROTOR PROFILE DRAG）： 由桨叶在空气中转动产生，桨叶角越大，阻力越大；桨叶 角越小，阻力越小。 诱导阻力（ DRAG）： 诱导阻力（INDUCED DRAG）： 当旋翼转动时，因桨叶的作用空气被诱导向下流过主桨毂， 空气的流动产生反作用力，这种阻力叫做诱导阻力。诱导阻 力在直升机悬停时最大，因为此时空气相对飞机没有运动； 当直升机处于飞行状态，空气与飞机有相对运动，诱导阻力 减小。