《直升机空气动力学与飞行原理》课件-模块三：理解翼型气动特性（双语）

模块三：理解翼型气动特性Learnaboutairfoilcharacteristics直升机空气动力学与飞行原理Helicopteraerodynamicsandprinciplesofflight工作场景机务人员进行桨叶维护时，需要清洁桨叶并检查桨叶外形，熟悉桨叶截面的外形特点并理解其作用，有助于认识到桨叶相关维护的重要性；Duringblademaintenance,themaintenancepersonnelneedtocleanthebladeandchecktheshapeoftheblade.Beingfamiliarwiththeshapecharacteristicsofthebladesectionandunderstandingitsfunctionhelpstorealizetheimportanceofblademaintenance.认识桨叶翼型Learnthebladeairfoil01Teachingobjective教学目标理解翼型的升力特性Understandtheliftcharacteristicsofairfoils02理解翼型的阻力特性Understandthedragcharacteristicsofairfoils03能够分析影响气动特性的因素Abletoanalyzethefactorsaffectingtheaerodynamiccharacteristics04模块三：理解翼型气动特性Learnaboutairfoilcharacteristics任务一：认识桨叶翼型Learnthebladeairfoil直升机空气动力学与飞行原理Helicopteraerodynamicsandprinciplesofflight活动1：什么是桨叶翼型？01.PARTONEWhatisabladeairfoil？活动1：什么是桨叶翼型？对称翼型非对称翼型活动1：什么是桨叶翼型？（1）翼弦，翼型前缘到后缘的连线称为翼弦Thechord,thelinefromtheleadingedgetothetrailingedgeoftheairfoiliscalledthechord,，用符号C表示，其长度称为弦长。活动1：什么是桨叶翼型？（2）厚度，翼型上、下表面与翼弦垂直的连线称为厚度Thickness,theverticallinebetweentheupperandlowersurfacesoftheairfoilandthechordiscalledthickness.。活动1：什么是桨叶翼型？（3）最大厚度位置是最大厚度到翼型前缘的距离与弦长的比值，用百分比表示Themaximumthicknesspositionistheratioofthedistancefromthemaximumthicknesstotheleadingedgeoftheairfoiltothechordlength,expressedasapercentage活动1：什么是桨叶翼型？（4）相对厚度，相对厚度是翼型最大厚度与弦长的比值，用百分比表示Relativethicknessistheratioofthemaximumthicknessoftheairfoiltothechordlength,expressedasapercentage活动1：什么是桨叶翼型？（5）中弧线，和翼型上、下表面相切的一系列圆的圆心的连线Meancamberline,thelineofthecenterofaseriesofcirclestangenttotheupperandlowersurfacesoftheairfoil。活动1：什么是桨叶翼型？（6）弯度，中弧线与翼弦的垂直距离称为弯度Camber,theverticaldistancebetweenthecenterarcandthechordiscalledcamber。活动1：什么是桨叶翼型？安装角是指翼型弦线与垂直于桨毂旋转轴的桨毂旋转平面之间的夹角，也称为桨距。TheinstallationAnglereferstotheAnglebetweentheairfoilchordandthehubrotationplanealsoknownaspitch.几何扭转，是指桨叶从根部到尖部的安装角发生变化活动2：直升机主要用哪些翼型？02.PARTTWOWhatarethemainairfoiltypesusedinhelicopters?活动2：直升机主要用哪些翼型？为使旋翼获得最佳性能，往往要把桨叶翼型设计成沿桨叶展向变化，从根部到尖部采用成套的翼型族，分别满足桨叶不同半径处在不同方位角的不同要求，使桨叶在不同气动环境中发挥不同翼型的性能。Inordertoobtainthebestperformanceoftherotor,itisoftennecessarytousethebladeairfoiltochangealongthebladedevelopmentdirection,andadoptacompletesetofairfoilfamiliesfromtheroottothetiptomeetthedifferentrequirementsofdifferentbladeradiiindifferentangles,sothatthebladecanplaydifferentairfoilperformanceindifferentaerodynamicsituation.活动2：直升机主要用哪些翼型？NACA翼型活动2：直升机主要用哪些翼型？法国的OA翼型系列波音VR翼型活动2：直升机主要用哪些翼型？活动2：直升机主要用哪些翼型？活动3：桨叶翼型用的材料是金属吗？03.PARTTHREEArethebladesmadeofmetal?活动3：桨叶翼型用的材料是金属吗？早期翼型采用钢木混合式桨叶，在受力较大部位用钢，其余部位采用木头，后来采用全金属桨叶能够承受更大的拉力，现在用的都是全复合材料桨叶，能够满足不同状态下的各种要求。Intheearlydays,theairfoilusedacombinationofsteelandwoodblades,steelwasusedinthepartofthelargerforce,andwoodwasusedintherestofthebody.Later,all-metalbladeswereusedtowithstandgreatertension.Nowallcompositebladesareused,whichcanmeetvariousrequirementsindifferentsituationSummary总结01什么是桨叶翼型？任务一：认识桨叶翼型ELearnthebladeairfoil02桨叶翼型外形用哪些参数来描述？03桨叶翼型的几何扭转Summary总结04直升机主要用哪些翼型？课后请大家寻找直升机桨叶图片，试着画一画桨叶靠近根部和尖部这两个部位的翼型，仔细观察二者的区别，并用相关参数来描述它们05桨叶翼型用的材料是金属吗？任务一：认识桨叶翼型ELearnthebladeairfoil模块三：理解翼型气动特性Learnaboutairfoilcharacteristics任务二：认识翼型的阻力特性Learntheresistancecharacteristicsofairfoil直升机空气动力学与飞行原理Helicopteraerodynamicsandprinciplesofflight工作场景当旋翼转动时，不仅产生拉力，而且还会产生阻止旋翼旋转的阻力。阻止旋翼旋转的空气动力，叫旋翼旋转阻力，简称旋翼阻力。Whentherotorrotates,itnotonlygeneratestension,butalsocreatesresistancethatpreventstherotorfromrotating.Theaerodynamicforcethatpreventstherotorfromrotatingiscalledtherotorrotationresistance,referredtoastherotorresistance.工作场景按产生原因的不同，旋翼阻力可分为翼型旋转阻力、诱导旋转阻力和上升旋转阻力。Accordingtothedifferentcauses,rotorresistancecanbedividedintoairfoilrotationresistance,inducedrotationresistanceandrisingrotationresistance.Teachingobjective教学目标翼型阻力与形成原因Airfoilresistanceandformationreasons01哪些因素会影响翼型摩擦阻力大小？Whatfactorsaffectairfoilfrictionresistance?02压差阻力的产生Thegenerationofpressuredifferentialresistance03学习压差阻力的影响因素Learntheinfluencingfactorsofpressuredifferentialresistance04Teachingobjective教学目标什么是翼型的阻力特性？Whatarethedragcharacteristicsofairfoil?05活动1：翼型阻力与形成原因01.PARTONEAirfoilresistanceandformationreasons活动1：翼型阻力与形成原因垂直于相对气流方向的分力叫升力，平行于相对气流方向的分力叫阻力。Thecomponentperpendiculartothedirectionoftherelativeairflowiscalledlift,andthecomponentparalleltothedirectionoftherelativeairflowiscalleddrag.活动1：翼型阻力与形成原因根据作用力与反作用力定律，这些被减慢的空气必然要给桨叶一个沿旋转方向相反的反作用力。Accordingtothelawofactionandreaction,thisslowedairmustgivethebladesareactionforceintheoppositedirectionofrotation.为什么翼型会有阻力？活动1：翼型阻力与形成原因这个反作用力就是桨叶表面产生的摩擦阻力，对于某一截面的翼型而言，这产生了翼型阻力。Thisreactionforceisthefrictionalresistancegeneratedbythebladesurface,whichcreatestheairfoilresistanceforacertainsectionoftheairfoil.活动2：哪些因素会影响翼型摩擦阻力大小？02.PARTTWOWhatfactorsaffectairfoilfrictionresistance?活动2：哪些因素会影响翼型摩擦阻力大小？附面层分为层流层和紊流层，层流层与紊流层的过渡区域称为转摈点。Theboundarylayerisdividedintolaminarlayerandturbulentlayer,andthetransitionareabetweenlaminarlayerandturbulentlayeriscalledtheturnpoint.活动2：哪些因素会影响翼型摩擦阻力大小？桨叶表面光滑程度会影响附面层转捩：桨叶表面的油污水迹。凸起。裂纹等。保持桨叶表面的干净整洁，能够有效推迟附面层转捩，减小翼型摩擦阻力，继而降低桨叶旋转所需功率。活动3：压差阻力的产生03.PARTTHREEThegenerationofpressuredifferentialresistance活动3：压差阻力的产生即使桨叶表面绝对光滑，只要相对流动存在，翼型还是存在阻力，这就是压差阻力。压差阻力主要由于翼型上的气流分离有关。活动3：压差阻力的产生图中给出了翼型的气流运动情况。相对气流在桨叶前缘会受到阻滞，流速减慢，压力增大。Theairflowmotionoftheairfoilisshowninthefigure，Therelativeairflowwillbeblockedattheleadingedgeoftheblade,theflowratewillslowdownandthepressurewillincrease.活动3：压差阻力的产生在桨叶后缘，产生气流分离。由于气流分离会形成涡流区压力减小，桨叶前后便产生压差阻力。Atthebackedgeoftheblade,airseparationisgenerated.Duetotheflowseparation,thepressureinthevortexzoneisreduced,andthepressuredifferencebetweenthefrontandbackofthebladeisgenerated.活动3：压差阻力的产生仔细观察翼型上附面层的流动，会发现气流从顺流过渡到逆流，之后发生分离，分离点之后会形成了涡流区。Carefullyobservingtheflowoftheboundarylayerontheairfoil,itisfoundthattheairflowtransitionsfromtheforwardflowtothereverseflow,andthentheseparationoccurs,andthevortexzoneisformedaftertheseparationpoint.活动4：学习压差阻力的影响因素04.PARTFOURLearntheinfluencingfactorsofpressuredifferentialresistance活动4：学习压差阻力的影响因素压差阻力与翼型前后压力差值有关。Pressuredifferenceresistanceisrelatedtothepressuredifferencebetweenfrontandrearairfoil.活动4：学习压差阻力的影响因素由此可知，在前缘状态不变时，分离点越靠后，压差阻力越小。Itcanbeseenthatwhentheleadingedgestateisunchanged,thefartherbacktheseparationpointis,thesmallerthepressuredifferentialresistanceis.活动5：什么是翼型的阻力特性？05.PARTFIVEWhatarethedragcharacteristicsofairfoil?活动5：什么是翼型的阻力特性？阻力特性表示翼型阻力系数随着其迎角的关系曲线。

ThedragcharacteristicrepresentstherelationcurveofairfoildragcoefficientwithitsAngleofattack.活动5：什么是翼型的阻力特性？在表面质量一定的情况下，阻力特性特点为：(1)在任何迎角下阻力系数都不会为零，因为摩擦阻力不能为零。(1)AtanyAngleofattackthedragcoefficientwillnotbezero,becausethefrictionresistancecannotbezero.活动5：什么是翼型的阻力特性？在表面质量一定的情况下，阻力特性特点为：(2)在迎角较小时，摩擦系数随着迎角增加，翼型阻力基本不变。当迎角较大时，翼型阻力随着迎角增长很快。(2)WhentheAngleofattackissmall,thefrictioncoefficientincreaseswiththeAngleofattack,andtheairfoilresistanceisbasicallyunchanged.WhentheAngleofattackislarge,theairfoilresistanceincreasesrapidlywiththeAngleofattack.这是黏性作用导致附面层分离所致的一个重要因素Summary总结01翼型阻力与形成原因Airfoildragandthecausesofitsformation任务三：认识翼型的阻力特性Learntheresistancecharacteristicsofairfoil02翼型摩擦阻力的影响因素Factorsinfluencingthefrictionalresistanceofanairfoil03压差阻力的产生CreationofdifferentialpressureresistanceSummary总结04压差阻力的影响因素Factorsinfluencingdifferentialpressureresistance任务三：认识翼型的阻力特性Learntheresistancecharacteristicsofairfoil请思考，对于桨叶而言，是不是桨叶阻力就等于各个截面上的翼型旋转阻力之和呢？05翼型的阻力特性Resistancecharacteristicsofanairfoil模块三：理解翼型气动特性Learnaboutairfoilcharacteristics任务三：理解翼型气动特性的影响因素Learntheresistancecharacteristicsofairfoil直升机空气动力学与飞行原理Helicopteraerodynamicsandprinciplesofflight工作场景通过学习翼型的升力特性和阻力特性，我们知道，在临界迎角范围内，迎角增大，升力系数就会增加，但这时候的阻力系数也会增加。实际使用的翼型肯定是综合考虑升力特性和阻力特性，通过本节课学习，能够看懂翼型气动特性曲线，理解气动特性中的重要概念。迎角迎角迎角翼型的空气动力特性有哪些参数？Whataretheparametersoftheaerodynamiccharacteristicsofanairfoil?01Teachingobjective教学目标认识极曲线Learningpolecurve02翼型上的压力分布Thepressuredistributionontheairfoil03认识压力中心、重心和焦点Recognizepresscenters,centersofgravity,andaerodynamiccenter04活动1：翼型的空气动力特性有哪些参数？01.PARTONEWhataretheparametersoftheaerodynamiccharacteristicsofanairfoil?活动1：翼型的空气动力特性有哪些参数？Aerodynamiccharacteristicsofairfoilincludeliftcharacteristics,dragcharacteristicsandaerodynamicmomentcharacteristics,whicharerespectivelyexpressedbytherelationshipbetweenliftcoefficient,dragcoefficient,momentcoefficientvarieswithAngleofattack.翼型气动特性包括升力特性、阻力特性和气动力矩特性，分别用升力系数、阻力系数、力矩系数与迎角的关系来表示。活动2：认识极曲线02.PARTTWOLearningpolecurve活动2：认识极曲线翼型极曲线把翼型的升力系数和阻力系数随迎角变化的情形，用一条曲线表示出来。ThepolarcurveoftheairfoilrepresentsthevariationoftheliftcoefficientanddragcoefficientoftheairfoilwiththeAngleofattackbyacurve.翼型极曲线活动2：认识极曲线极曲线横坐标为阻力系数，纵坐标为升力系数。Thehorizontalcoordinateofthepolarcurveisthedragcoefficient,andtheverticalcoordinateistheliftcoefficient.翼型极曲线活动2：认识极曲线曲线上的每一点代表一个升力系数和阻力系数对应的迎角。EachpointonthecurverepresentstheAngleofattackvarieswiththeliftcoefficientanddragcoefficient,asshowninthefigure.翼型极曲线活动2：认识极曲线翼型极曲线最大升力系数和临界迎角。活动2：认识极曲线左侧最小阻力系数迎角和最小阻力系数阻力。翼型极曲线活动2：认识极曲线迎角为零处的升力系数是否为零判断出翼型的对称性。翼型极曲线活动2：认识极曲线此外，极曲线能够反映出升阻比大小。升阻比就是同一迎角下升力系数和阻力系数之比，用K来表示。Inaddition,thepolecurvecanreflectthelift-dragratio.Thelift-dragratioistheratiooftheliftcoefficientandthedragcoefficientatthesameAngleofattack,expressedbyK.翼型极曲线活动3：翼型上的压力分布03.PARTTHREEThepressuredistributionontheairfoil活动3：翼型上的压力分布压力分布图通常采用矢量表示法和坐标表示法两种形式来表示。活动4：认识压力中心、重心和焦点04.PARTFOURRecognizepresscenters,centersofgravity,andaerodynamiccenter活动4：认识压力中心、重心和焦点压力中心是气动力合力与翼弦的交点。直升机旋翼桨叶的压力中心通常设置在重心的后侧。Thecenterofpressureistheintersectionoftheaerodynamicforceandthechord.压力中心与重心活动4：认识压力中心、重心和焦点焦点如果在翼弦线上选择一点，它至前缘的相对距离使得空气动力绕该点的力矩系数始终等于零升力时的力矩系数，那么绕该点的力矩系数与升力系数(或迎角)的改变无关，该点称之为焦点(AerodynamicCenter,，简称AC)。某翼型压力中心与焦点的关系活动4：认识压力中心、重心和焦点进一步理解，焦点是这样的一个点，即当翼型迎角发生变化时，飞机的气动力对该点的力矩始终不变，因此它可以理解为气动力增量的作用点。Furtherunderstood,thefocusissuchapointthatwhentheairfoilA