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直升机空气动力学-第7章
直升机空气动力学基础
—第七章直升机特有的飞行安全性能 直升机空气动力学基础
第七章 直升机特有的飞行安全性能
旋翼动力学国防科技重点实验室 唐正飞
旋翼动力学国防科技重点实验室
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—第七章直升机特有的飞行安全性能
?自转下滑和自转着陆 ?垂直下降与涡环状态 ?低空飞行回避区 ?起飞、着陆临界决策点
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—第七章直升机特有的飞行安全性能 第一节 自转下滑和自转着落
旋翼失去发动机驱动力时，若操纵得当，可以继续旋转并产
生拉力，进行匀速下滑飞行并安全着陆。 1-1 桨叶剖面的速度及迎角 下滑相对气流的垂直分量使剖面迎角 大于安装角，升力前倾。若合力垂直于 旋转面，则使旋翼匀速自转， 此时： (? ? ? ) ? arctan Cx 若迎角更大， * Cy 则合力前倾，剖面合力构成驱转力
矩，旋翼成为风车，带转尾桨及附件; 拉力使直升机匀速下滑 飞行。 旋翼动力学国防科技重点实验室
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1-2 下降率 由功率平衡关系：
N xu ? ( N x ? Ni ? N f ) ? N ps ? N ky ? 0
75 Vy ? ? ( N x ? N i ? N f ) G
75 N 考虑到下滑时机体迎风角度与平飞时xu V y ? ?1.05 G 有差别，取修正系数1.05 75( N xu ) min (V y ) min ? ?1.05 G 以久航（经济）速度下滑，需用功率最小， Vy 得最小下降率，可使留空时间最久； ? min ? arctan( ) min V0 以远航速度下滑，有最小下滑角，滑行最远
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1-3 自转着落 自转下滑，主要用于发动机或传动系统故障、尾桨失效时 的应急处置，是直升机必要的安全性能。在自转下滑过程中， 选定着陆点。 着陆前，利用前进及旋转动能转化为拉力功，减小速度及 下降率。 第一步，后拉驾驶杆，旋翼后仰，拉力增大，转速提高。 减速、缓降 ； 第二步，增大桨距，拉力再增大，下降率减至最小（转速下 降）； 第三步，前推杆纠正上仰姿态 并接地，刹车停住。
讨论： 为何桨叶不可太轻、 p不可太大？
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第二节 垂直下降与涡环状态
2-1 垂直下降流态 由垂直飞行滑流理论，得到
旋翼处气流合速度随升降速度 的变化是两条双曲曲线。 垂直上升及风车状态，旋翼 流场是稳定的滑流； 自悬停起至稳定自转前，这段 垂直下降中流场紊乱，滑流理 论不适用 。 旋翼动力学国防科技重点实验室
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悬停
上升
慢降
涡环
自转/风车
直升机垂直下降及陡降中，旋翼尾流被下降相对气流吹回，在 旋翼周围形成不稳定的大气泡，旋翼的作用变为搅动该气泡内 的空气，即使增大桨距也不会增大升力。 该气泡时破时合，直升机在颠簸中迅速下降，操纵失效。 若有足够高度且处置适当：放低总距加大下降率，并坚持顶杆 转为前飞，有可能改出，否则即发生坠地事故。 旋翼动力学国防科技重点实验室
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2-2 涡环 状态的边界 涡环状态是紊乱流场，不能用已有的旋翼理论分析计算。 关键是确定涡环边界，飞行中避免陷入。 曾有数种假定及方法（ V1 ? 0, V0 投影为0， 尾涡被压缩），不能正确计算涡环边界。 本校研究结果： 第一步，模型试验。测定模型旋 翼在垂直下降及陡下降中拉力、 扭矩的平均值及脉动量，找出进
入涡环的关键性特征。
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第二步， 建立计算方法。以试验结果为基础，修 正已有的假设，建立新的涡环边界计算方法； 以国内现有的外国直升机为算例，将结果与其飞行 手册中的规定（据飞行试验）对比，得到初步验证。 第三步，飞行试验。是 大风险、高难度的试验。 研制了空测及纪录设备， 改装了试验机，拟定了试验 方法。以振动纪录和试飞员
感受为依据，得到涡环边界。
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飞行试验证实了理论。 理论曲线与试飞曲线平行： 飞行员能承受并改出的进入 涡环深度，比理论值更高些 速度平面分割为三个区： 安全区、警告区、危险区 应用：
为我国全部机型给出了涡环边界 方法载入“飞机设计手册” 美国海军据此研制出了“涡环告警器”
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—第七章直升机特有的飞行安全性能 第三节 低空回避区
单发直升机，飞行中若发动机意外故障停车，飞行员应： 1，尽快判断（1- 2秒内），立即操纵进入自转 2，在稳定自转下滑中，选定并进入迫降场 3，实现自转安全着陆 若飞行高度过低，则来不及完成上述过程。 若在很低的（？）高度飞行中停车，可直接落地。 近地高速飞行中若停车，直升机姿态变化大，飞行员来不 及修正就要接地，有倾翻危险。 旋翼动力学国防科技重点实验室
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每种直升机都须确定其低空回避区——高度
/速度图， 在此区内飞行时若发动机意外停车，则不能安全着陆。 回避区上边界依能安全自转着陆 而确定。其中进入段及着陆段为非定 常飞行，且与驾驶技术有关，仅能大 致估算，最终由飞行试验确定。 下边界按起落架可吸收的功量确定 （此时旋翼仍产生部分升力）。
高速区尚无可靠计算方法，按经验方法给出。
大致范围：100m,
30- 40m、40-50km/h, 3-8m, 15m、100km/h
讨论
1，正常起飞过程
2，双发直升机的回避区
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第四节 起飞、着陆两临界决策点
双发及多发直升机，若在起、落过程 中单发意直升机空气动力学-第7章外停车，依靠剩余的发动机 的功率，能否继续完成起飞/着陆，决 定于停车时刻在决策点前还是之后。 起飞：决策点前停车，须立即着陆； 之后停车，可继续完成起飞。 着陆：决策点前停车，可继续完成
着陆或复飞；之后停车须立即着陆。 起飞或着陆决策点，根据功率条件 按优化轨迹计算，为直升机提供安全指南。 旋翼动力学国防科技重点实验室
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小
是 直升机特有的、涉及飞行安全的问题——重要； 非定常空气动力学问题，仍在研究中——难。 当前依靠经验的或半经验的方法、试飞的方法解决。期待理论。 直升机的应用在迅速发展，为空气动力学提出了若干新课题， 如大机动飞行、气动干扰、气动噪声、转换旋翼等。研究工作 大有可为。 旋翼动力学国防科技重点实验室
结
自转着陆、涡环、低空回避区、起/落临界决策点等问题，都
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