无人机飞行原理-第08章 无人直升机飞行性能

单旋翼无人机第8章无人直升机飞行性能18.1密度高度√密度高度是指飞行高度上的实际空气密度在标准大气中所对应的高度。通过密度高度图可以了解气压高度与密度高度之间的关系。28.2悬停性能√悬停是直升机区别于常规固定翼飞机的一种特有的飞行状态。直升机在一定高度上航向和位置都保持不变的飞行状态，叫做悬停。38.2悬停性能√保持悬停的条件□直升机无风悬停时速度为零，此刻旋翼拉力在纵向水平方向的第二分力应为零。同时，应使旋翼拉力的第一分力与直升机的重力相等，以保持直升机高度不变。48.2悬停性能5√悬停的操纵原理□悬停中应用总距杆保持高度，用驾驶杆的前、后、左、右保持直升机不移位，用舵保持好方向。但必须指出：驾驶杆、舵和总距杆三者的操纵不是孤立的，而是相互影响的，只有配合使用得当，才能做到稳定悬停。因此，操纵时要做到柔和、协调和相互配合。□在悬停的基础上，仅作改变航向的飞行状态，叫做悬停转弯。悬停转弯是直升机在接近地面实施方向机动经常采用的飞行状态。在风速不大的条件下，直升机可向左、向右做任意角度的转弯。8.2悬停性能√影响悬停的因素□1．地面效应对悬停的影响。在发动机额定功率一定的情况下，直升机距离地面的高度小于旋翼直径，受地面效应的作用，直升机悬停时的旋翼拉力，随着直升机距离地面越近，旋翼拉力增加。地面效应还与海拔高度有关。海拔高度高，空气密度减小，地面效应随之减弱。□2．风对悬停的影响。68.3垂直飞行√直升机垂直飞行是指在悬停基础上垂直上升或垂直下降的飞行状态。√垂直上升直升机在悬停的基础上做垂直上升，首先应柔和地增加总距，在桨叶桨距增大的初始阶段，旋翼拉力大于重力，直升机加速上升；随着上升率的增大，桨叶来流角也不断增大，桨叶迎角减小，当来流角的增量与总距的增量基本相等时，旋翼拉力等于直升机重力，加速上升的力消失，保持稳定垂直上升。78.3垂直飞行√垂直下降直升机在悬停的基础上做垂直下降，首先应减小旋翼总距，减小旋翼拉力，使拉力小于直升机重力，进行垂直下降。此时旋翼反作用力矩减小，直升机将向旋转方向偏转。为保持方向平衡，必须减小尾桨拉力。同时不使直升机出现侧向移位和滚转。88.4旋翼失速9□对于常规固定翼飞机而言，失速往往会在低速情况发生，机翼低速性能受到失速的限制。而对于直升机而言，情况恰恰相反，失速往往在高速的情况下发生，直升机的高速性能受到失速限制，被称为旋翼失速。□旋翼失速现象包括前行桨叶失速和后行桨叶失速。在旋翼后行桨叶上会出现高迎角引起的动态失速，在前行桨叶上则会出现因为激波诱导前缘分离引起的激波失速，这都会影响直升机的性能和操纵。□动态失速是指翼型迎角或来流条件急剧变化，由附面层分离而带来的一种非定常流动现象。8.4旋翼失速□动态失速具有时变和动态的特性，引起迟滞效应和失速颤振现象。在迎角超过临界迎角后的短时间内，桨叶不会立刻发生失速，反而是升力系数继续增加，此时最大升力系数是静态情况下的近两倍。□一旦动态失速涡离开翼型后缘流向下游，会伴随升力急剧下降、阻力迅速增大、低头俯仰力矩剧烈增大的失速或抖振现象。108.4旋翼失速11√动态失速与静态失速有本质的区别:□动态失速的气动力变化与静态失速的不一样。动态失速情况下，气流分离和失速的发展与静态失速机制根本不同。静态失速是在叶素迎角超过临界迎角时发生；而动态失速是桨叶随着来流变化而产生的非稳定复杂的反应，当桨叶角随时间和方位变化时，或处在颠簸或垂直升降等非稳定飞行状态中，非定常气动效应会促使叶素迎角变化很大，极易引发动态失速。从某种程度上讲，动态失速使气流分离推迟，且失速迎角变大，这意味着直升机旋翼不会丢失过多升力。√固定翼飞机只要迎角超过临界迎角就一定进入失速，即静态失速；而直升机还需要更大迎角（动态临界迎角）才进入动态失速，故桨叶发生动态失速时，迎角超过常规静态失速迎角。8.4旋翼失速√前行桨叶失速□前行桨叶失速是限制直升机前飞最大速度的因素之一。□直升机在前飞速度较大的情况下，或者操纵引起过载因数较大的情况下，虽然前行

桨叶迎角小，但会发生激波分离，产生激波失速；而后行桨叶桨尖处在低

M

数下，若桨叶迎角会超过失速迎角，就会发生失速。128.4旋翼失速√后行桨叶失速□从本质上讲，后行桨叶失速与普通飞机机翼失速原因是一样的。当桨叶剖面迎角过大，超过了动态临界迎角，流过旋翼的气流，产生强烈的气流分离，出现了大量的涡流，旋翼拉力不但不增加，反而明显减小，同时旋转阻力急剧增加，便产生了旋翼失速现象。138.4旋翼失速14□总之，前行桨叶失速和后行桨叶失速统称为旋翼失速。□相对空速大，迎角超过临界迎角，以及在给定的空速下，桨叶载荷过大，都会引起桨叶失速。在低Ma数时，翼型前缘会失速；在高Ma数时，激波分离使桨叶前缘达到临界条件之前就失速了。□旋翼失速后，直升机通常会有明显的振动，紧接着带有倾斜和抬头趋势。□改出旋翼失速的方法是：减小功率，下放总距杆；减小空速；减小操纵过载因数；增加转速到最大额定值。8.5自转状态√自转和涡环状态是直升机所特有的空气动力学现象，也是关系飞行安全的重要问题。□自转状态是一种直升机降低高度的特殊飞行状态，发动机不再向旋翼提供动力，而是由气动力来驱动，这是直升机在发动机失效时能够安全着陆的方法。158.5自转状态□在垂直自转下降过程中，将桨盘分为3个区：□（1）制动区：靠近桨尖，约占30%

旋翼半径。气动合力方向偏向旋翼旋转轴后侧，产生的阻力减缓桨叶的旋转。□（2）驱动区：也叫自转区，处在25%到70%

旋翼半径之间。气动合力方向偏向旋翼旋转轴前侧，其分量提供驱动力，使旋翼加速旋转。□（3）失速区：靠近旋翼轴的内侧区域，约占25%旋翼半径。此区域的桨叶角超过临界迎角，产生的阻力使桨叶旋转减慢。168.6涡环状态17□直升机做垂直下降或以小空速飞行时，如果下降率较大，向上气流会阻碍滑流运动，其中一部分空气重新吸入旋翼中，这种现象描述了一种特殊的气动条件，即为涡环状态。□涡环状态出现后，将会造成气流分离、低频振动、挥舞过度、周期变距的控制余度减小、产生额外噪声以及升力减小等现象，此时驾驶杆操纵功效下降，或者根本没有操纵功效，这是一种危险的现象。8.6涡环状态√涡环的形成□涡环就是强化的桨尖涡流。桨尖涡流是形成涡环状态的内因，而直升机的垂直下降则是形成涡环状态的外因。188.6涡环状态19√涡环的改出□（1）如果发现直升机垂直下降率增大，是由于发动机功率不足引起的，则应及时地增加总距，迅速增大发动机功率，以制止下降率继续增大。□（2）如果增加总距也不能制止下降率继续增大，在一定的高度以上则应迅速地前推驾驶杆，使直升机产生前飞速度，把涡环吹掉，脱离涡环状态。□（3）如果操纵效能已降低或失效，推杆也无法增大前飞速度，则应迅速减少总距到底，增大下降率，使自下而上的相对气流速度增大，把绕着旋翼转动的环流向旋翼上方吹掉。然后再推驾驶杆增大前飞速度，改出涡环状态。这种方法损失高度较多，只有在高度较高或迫不得已时才采用。8.7斜坡起降20√斜坡起飞□（1）先减小总距增加旋翼转速进行起飞，然后朝上坡方向压杆以使旋翼的桨盘平面与水平面平行，但不是与坡面平行。□（2）稳住驾驶杆，柔和地慢慢增加，滑橇承受直升机的重量越来越小，直升机下坡一侧滑橇主管离地，此时应注意保持方向。□（3）随着下坡一侧的滑橇离地，直升机桨盘平面逐渐处于水平姿态，立刻将驾驶杆回归到中立位置。此过程要做到动作协调一致，尽量让直升机保持在水平位置，用一侧滑橇主管保持直升机悬停。同时保持直升机方向，或需要调整油门保持旋翼转速。最后逐渐增加总距完成起飞。8.7斜坡起降21√斜坡着陆□（1）在最后进近阶段，操纵直升机往斜坡移动，横向对准斜坡，尾桨切勿转向上坡方向，使直升机在预定的接地点上空悬停。□（2）柔和地减小总距，让直升机慢慢下沉，当上坡一侧滑橇主管触地时，暂时让直升机

在水平位置停顿片刻，即桨盘保持水平，然后往上坡方向压杆以免直升机向下坡方向滑动。□（3）为了使下坡侧滑橇继续下沉，就要继续减小总距，此