《直升机空气动力学与飞行原理》课件-模块六：直升机的稳定性（双语）

模块六：直升机的稳定性Thestabilityofhelicopters直升机空气动力学与飞行原理Helicopteraerodynamicsandprinciplesofflight了解什么是直升机的稳定性Learnaboutwhathelicopterstabilityis01Teachingobjective教学目标了解直升机是如何保持稳定的Understandinghowhelicoptersmaintainstability02了解什么是直升机的阻尼Learnaboutwhatdampingisforhelicopters03模块六：直升机的稳定性Thestabilityofhelicopters任务一：直升机的稳定性和阻尼StabilityandDampingofHelicopters直升机空气动力学与飞行原理Helicopteraerodynamicsandprinciplesofflight活动1：什么是直升机的稳定性？01.PARTONEWhatisthestabilityofahelicopter?活动1：什么是直升机的稳定性？物体的平衡与的稳定性Thestabilityofhelicopters处于平衡状态的物体，受到外界扰动，偏离了平衡位置；当扰动消失后，物体能否自动恢复到原来的平衡位置，取决于物体的平衡状态是否具有稳定性。Anobjectinequilibrium,whendisturbedbyexternalfactors,deviatesfromitsequilibriumposition.Whenthedisturbancedisappears,whethertheobjectcanautomaticallyreturntoitsoriginalequilibriumpositiondependsonwhetheritsequilibriumstateisstable.(a)(b)(c)活动1：什么是直升机的稳定性？静稳定性和动稳定性Staticanddynamicstability静稳定性是当外界扰动消失后，物体是否具有回到原始平衡位置的趋势，也就是扰动消失后，物体的瞬间运动。Staticstabilityreferstowhetheranobjecthasatendencytoreturntoitsoriginalequilibriumpositionaftertheexternaldisturbancedisappears,thatis,theinstantaneousmotionoftheobjectafterthedisturbancedisappears.(a)(b)(c)偏离原位回复原位保持原状活动1：什么是直升机的稳定性？静稳定性和动稳定性Staticanddynamicstability具有静稳定性是平衡状态具有稳定性的必要条件。Havingstaticstabilityisanecessaryconditionforequilibriumstatestohavestability.(a)(b)(c)静稳定性平衡状态具有稳定性活动1：什么是直升机的稳定性？静稳定性和动稳定性Staticanddynamicstability动稳定性是研究外界扰动消失后，物体回到原平衡位置的运动过程：若扰动运动是收敛的，物体最终回到原始平衡位置，物体平衡状态就具有动稳定性，否则就是动不稳定的。Dynamicstabilityisthestudyofthemotionprocessofanobjectreturningtoitsoriginalequilibriumpositionafterthedisappearanceofexternaldisturbances.Ifthedisturbancemotionconvergesandtheobjectultimatelyreturnstoitsoriginalequilibriumposition,theequilibriumstateoftheobjecthasdynamicstability.Otherwise,itisconsidereddynamicinstability.(a)(b)(c)动稳定中立动不稳定活动1：什么是直升机的稳定性？静稳定性和动稳定性Staticanddynamicstability具有动稳定性是平衡状态具有稳定性的充分必要条件。Havingdynamicstabilityisanecessaryandsufficientconditionforanequilibriumstatetohavestability.(a)(b)(c)动稳定性平衡状态具有稳定性活动1：什么是直升机的稳定性？静稳定性和动稳定性Staticanddynamicstability具有静稳定性是平衡状态具有稳定性的必要条件，但不充分；只有具有动稳定性的平衡状态才是真正稳定的。Havingstaticstabilityisanecessaryconditionforequilibriumstatestohavestability,butitisnotsufficient;Onlyanequilibriumstatewithdynamicstabilityistrulystable.(a)(b)(c)动稳定性平衡状态具有稳定性活动1：什么是直升机的稳定性？直升机的静稳定性Thestaticstabilityofhelicop图（a）——静稳定的。图（b）——中立静稳定的。图（c）——静不稳定的。Figure(a)-Staticallystable.Figure(b)-Neutralstaticstability.Figure(c)-Staticinstability.(a)(b)(c)扰动扰动扰动活动1：什么是直升机的稳定性？直升机的静稳定性Thestaticstabilityofhelicop图（a）——动稳定的。图（b）——中立动稳定的。图（c）——动稳不定的。Figure(a)-Dynamicallystable.Figure(b)-Neutraldynamicallystable.Figure(c)-Dynamicallyunstable.(a)(b)(c)活动1：什么是直升机的稳定性？直升机的稳定性Thestabilityofhelicopters直升机的稳定性是直升机一种运动属性,通常指直升机保持固有运动状态或抵制外界扰动的能力。Helicopterstabilityisatypeofmotionattributeofahelicopter,typicallyreferringtoitsabilitytomaintainitsinherentmotionstateorresistexternaldisturbances.活动1：什么是直升机的稳定性？直升机的稳定性Thestabilityofhelicopters直升机的静稳定性是指平衡状态被破坏瞬间的直升机运动趋势。包括三种形式：1、静稳定；2、静不稳定的；3、中性稳定。Thestaticstabilityofahelicopterreferstothemovementtrendofthehelicopteratthemomentwhentheequilibriumstateisdisrupted.Itincludesthreeforms:1.staticstable;2.staticunstable;3.neutralstable.(a)(b)(c)扰动扰动扰动回复原运动轨迹偏离程度增大保持一定偏离程度活动1：什么是直升机的稳定性？直升机的静稳定性Thestaticstabilityofhelicopters纵向静稳定性：包括速度静稳定性和迎角静稳定性。Longitudinalstaticstability:includingvelocitystaticstabilityandangleofattackstaticstability.纵向扰动回复纵向扰动活动1：什么是直升机的稳定性？直升机的速度静稳定性TheSpeedStaticStabilityofHelicopters飞行中有效迎角保持不变，在受到干扰后，速度发生改变，如能出现新的附加力矩，使之自动趋于恢复原来的速度，则称之直升机接速度是静稳定的。反之，称其按速度静不稳定的。Duringhelicopterflight,theeffectiveangleofattackremainsconstant.However,intheeventofaccidentalinterference,thespeedchanges.Ifanewadditionaltorquecanappear,causingittoautomaticallyreturntoitsoriginalspeed,thenthehelicopterlandingspeedisconsideredtobestaticallystable.Onthecontrary,itissaidtobestaticallyunstableaccordingtovelocity.抬头力矩按速度静稳定速度增大活动1：什么是直升机的稳定性？直升机的速度静稳定性TheSpeedStaticStabilityofHelicopters飞行过程中，直升机的速度静稳定力矩主要来自旋翼。Duringflight,thespeedstaticstabilitymomentofthehelicoptermainlycomesfromtherotor.旋翼活动1：什么是直升机的稳定性？直升机的速度静稳定性TheSpeedStaticStabilityofHelicopters在直升机前飞时，旋翼按速度是静稳定的。在悬停时，按速度也是静稳定的。Whenflyinginfrontofahelicopter,therotorisstaticallystableatspeed.Whenhovering,itisalsostaticallystableaccordingtospeed.旋翼活动1：什么是直升机的稳定性？按速度的静稳定性判定方法Methodfordeterminingstaticstabilitybasedonvelocity

抬头力矩按速度静稳定速度增大活动1：什么是直升机的稳定性？按速度的静稳定性判定方法Methodfordeterminingstaticstabilitybasedonvelocity

速度增大低头力矩按速度静不稳定活动1：什么是直升机的稳定性？直升机的迎角静稳定性Theangleofattackstaticstabilityofhelicopters直升机飞行速度保持不变，在偶然受到干扰后，有效迎角发生了变化，如受到干扰后抬头，如果出现新的附加低头力矩，使之自动趋于恢复原来迎角，则直升机按迎角是静稳定的。Thehelicopter'sflightspeedremainsconstant,butafteroccasionalinterference,theeffectiveangleofattackchanges.Ifthereisanewadditionalbowtorquethatautomaticallytendstoreturntotheoriginalangleofattack,thehelicopterisstaticallystableattheangleofattack.迎角增大低头力矩按迎角静稳定活动1：什么是直升机的稳定性？直升机的迎角静稳定性Theangleofattackstaticstabilityofhelicopters如出现的附加力矩是抬头力矩，使机身进一步抬头，则按迎角是静不稳定的。Iftheadditionaltorquethatoccursistheliftuptorque,causingthefuselagetofurtherliftup,thenitisstaticallyunstableaccordingtotheangleofattack.迎角增大低头力矩按迎角静稳定活动1：什么是直升机的稳定性？直升机的迎角静稳定性Theangleofattackstaticstabilityofhelicopters在直升机前飞时，旋翼按迎角是不稳定的。但在直升机悬停时，旋翼按迎角是中性稳定的。Whenflyinginfrontofahelicopter,therotorisunstableattheangleofattack.Butwhenthehelicopterhovers,therotorisneutralandstableattheangleofattack.旋翼活动1：什么是直升机的稳定性？按迎角的静稳定性判定方法Staticstabilitydeterminationmethodbasedonangleofattack

迎角增大低头力矩按迎角静稳定活动1：什么是直升机的稳定性？按迎角的静稳定性判定方法Staticstabilitydeterminationmethodbasedonangleofattack

迎角增大低头力矩按迎角静稳定活动1：什么是直升机的稳定性？直升机的迎角静稳定性Theangleofattackstaticstabilityofhelicopters一般直升机在悬停及小速度飞行时对迎角是不稳定的，这主要是旋翼的作用。无饺旋翼的桨毂力矩大，迎角不稳定性更强，需要更大的平尾。Generally,helicoptersareunstableintermsofangleofattackduringhoveringandlowspeedflight,mainlyduetotheroleoftherotor.Thehubtorqueoftherotorwithoutadumplingrotorishigh,andtheangleofattackinstabilityisstronger,requiringalargerflattail.跷跷板式旋翼小平尾直升机活动1：什么是直升机的稳定性？直升机的迎角静稳定性Theangleofattackstaticstabilityofhelicopters饺接式旋翼无桨毂力矩，所以Bell公司研制的跷跷板式旋翼直升机，其平尾通常比较小。Thedumplingtyperotorhasnohubtorque,sotheseesawtyperotorhelicopterdevelopedbyBellCompanyusuallyhasarelativelysmallflattail.跷跷板式旋翼小平尾直升机活动1：什么是直升机的稳定性？直升机的航向静稳定性Theheadingstaticstabilityofhelicopters当直升机偶然受到干扰偏离原来航向后侧滑飞行，若在初始时产生恢复力矩，能自动恢复原来航向平衡状态，则直升机航向静稳定；反之，航向是静不稳定的。Whenahelicopterisaccidentallyinterferedwithanddeviatesfromitsoriginalheadingbeforesliding,ifarecoverytorqueisgeneratedattheinitialstageanditcanautomaticallyrestoreitsoriginalheadingbalancestate,thenthehelicopter'sheadingisstaticallystable;Onthecontrary,theheadingisstaticallyunstable.扰动扰动回复活动1：什么是直升机的稳定性？直升机的航向静稳定性Theheadingstaticstabilityofhelicopters对于单旋翼带尾桨式直升机来说，尾桨对航向稳定性起主要作用，航向稳定力矩主要由尾桨产生。在飞行速度较大时，垂尾也起到重要作用。Forsinglerotorhelicopterwithtailrotor,thetailrotorplaysamajorroleinheadingstability,andtheheadingstabilitymomentismainlygeneratedbythetailrotor.Athighflightspeeds,theverticaltailalsoplaysanimportantrole.尾桨垂尾活动1：什么是直升机的稳定性？直升机的航向静稳定性Theheadingstaticstabilityofhelicopters直升机按侧滑角是静稳定的。在悬停状态下，可以认为直升机是中立静稳定的。Thehelicopterisstaticallystableaccordingtothesideslipangle.Inhoveringstate,itcanbeconsideredthatthehelicopterisneutralandstaticallystable.悬停状态——中立静稳定Hoveringstate-neutralstaticstability活动1：什么是直升机的稳定性？航向静稳定性判定方法Methodfordeterminingheadingstaticstability

侧滑回正力矩按航向静稳定活动1：什么是直升机的稳定性？航向静稳定性判定方法Methodfordeterminingheadingstaticstability

侧滑偏航力矩按航向静不稳定活动1：什么是直升机的稳定性？直升机的横向静稳定性Lateralstaticstabilityofhelicopters直升机在侧滑时，会出现新的横滚力矩，使之具有自动恢复原来横向平衡状态的趋势，则称直升机按侧滑角是横向静稳定的；反之，按侧滑角静不稳定。Whenahelicopterskids,anewleftrollingmomentappears,givingitatendencytoautomaticallyrestoreitsoriginallateralbalancestate.Therefore,thehelicopterissaidtobelaterallystableaccordingtothesideslipangle;Onthecontrary,accordingtothesideslipangle,itisstaticallyunstable.扰动扰动回复活动1：什么是直升机的稳定性？直升机的横向静稳定性Lateralstaticstabilityofhelicopters单旋翼带尾桨式直升机，横向的静稳定力矩主要来自旋翼和尾桨。Asinglerotorhelicopterwithatailrotor,thelateralstaticstabilitymomentmainlycomesfromtherotorandtailrotor.旋翼尾桨活动1：什么是直升机的稳定性？直升机的动稳定性Thedynamicstabilityofhelicopters直升机的动稳定性是指作定常飞行的直升机受到扰动而偏离其平衡状态后，在由此而产生的力和力矩作用下所发生的运动性质。Thedynamicstabilityofahelicopterreferstothemotionpropertiesthatoccurwhenahelicopterinsteadyflightdeviatesfromitsequilibriumstateduetodisturbances,andissubjectedtotheresultingforcesandtorques.动稳定动不稳定中性动稳定活动1：什么是直升机的稳定性？直升机的动稳定性Thedynamicstabilityofhelicopters动稳定性分为三种形式：1、动稳定2、动不稳定3、中性动稳定Dynamicstabilitycanbedividedintothreeforms:1.Dynamicstability2.Dynamicinstability3.Neutraldynamicstability动稳定动不稳定中性动稳定活动2：什么是直升机的阻尼？02.PARTTWOWhatishelicopterdamping?活动2：什么是直升机的阻尼？直升机的阻尼Dampingofhelicopters直升机在受到扰转动之后还可能出现一种阻滞转动的力矩，通常称为阻尼。阻尼主要来自旋翼和尾浆。Afterbeingdisturbed,helicoptersmayalsoexperienceatorquethathindersrotation,commonlyknownasdamping.Thedampingmainlycomesfromtherotorandtailrotor.阻尼主要来源Themainsourceofdamping尾桨垂尾活动2：什么是直升机的阻尼？直升机的阻尼Dampingofhelicopters直升机的阻尼包括：1、纵向阻尼2、航向阻尼3、横向阻尼Thedampingofahelicopterincludes:1.Longitudinaldamping2.Headingdamping3.Lateraldamping在直升机飞行过程中，由于多种原因，如空气动力学效应、机械振动等，直升机各部件会产生振动。这些振动不仅会导致机体疲劳，降低舒适性，还可能影响飞行安全。阻尼是用来减少这些振动，提高飞行稳定性和舒适性的关键技术。Duringhelicopterflight,variouscomponentsofthehelicoptermayvibrateduetovariousreasonssuchasaerodynamiceffectsandmechanicalvibrations.Thesevibrationsnotonlycausefatigueandreducecomfortinthebody,butmayalsoaffectflightsafety.Dampingisakeytechnologyusedtoreducethesevibrations,improveflightstabilityandcomfort.活动2：什么是直升机的阻尼？直升机的阻尼Dampingofhelicopters纵向扰动纵向扰动阻尼力矩阻尼力矩平尾旋翼纵向阻尼longitudinaldamping直升机的纵向阻尼主要来自旋翼。平尾也提供纵向运动阻尼。Thelongitudinaldampingofhelicoptersmainlycomesfromtherotor.Theflattailalsoprovideslongitudinalmotiondamping.活动2：什么是直升机的阻尼？直升机的阻尼Dampingofhelicopters航向阻尼Coursedamping对于单旋翼带尾桨式直升机来说，航向阻尼主要来自尾桨和垂尾。Headingdamping:Forsinglerotorhelicopterwithtailrotor,headingdampingmainlycomesfromthetailrotorandverticaltail.阻尼力矩航向扰动航向扰动阻尼力矩尾桨垂尾活动2：什么是直升机的阻尼？直升机的阻尼Dampingofhelicopters横向阻尼lateraldamping对于单旋翼带尾桨式直升机来说，横向阻尼除了与纵向阻尼一样与旋翼有关之外，还与尾桨有关。Lateraldamping:Forsinglerotorhelicopterwithtailrotor,lateraldampingisnotonlyrelatedtotherotorlikelongitudinaldamping,butalsotothetailrotor.横向扰动横向扰动阻尼力矩阻尼力矩尾桨旋翼活动3：影响直升机稳定的因素有哪些？03.PARTTHREEWhatarethefactorsthataffecthelicopterstability?活动3：影响直升机稳定的因素有哪些？影响稳定性的因素Factorsaffectingstability飞行速度Flightspeed在低速前飞时平尾提供静不稳定力矩，但随着前飞速度增加，当旋翼尾流不影响到平尾时，平尾能改善直升机的速度稳定性；在较大速度下，平尾也能改善直升机的迎角稳定性。Duringlow-speedforwardflight,theflattailprovidesstaticunstabletorque,butastheforwardflightspeedincreases,theflattailcanimprovethespeedstabilityofthehelicopterwhentherotorwakedoesnotaffecttheflattail;Athigherspeeds,aflattailcanalsoimprovethestabilityofthehelicopter'sangleofattack.平尾活动3：影响直升机稳定的因素有哪些？影响稳定性的因素Facto