第四章--直升机性能.ppt

第四章直升机性能直升机的飞行性能是对直升机提出的使用技术要求的主要内容之一。飞行性能参数的计算是根据直升机的构造﹑旋翼运动参数及发动机性能来确定。直升机飞行性能的最后确定要通过性能试飞作出鉴定。直升机飞行特点与性能直升机飞行性能分垂直飞行性能和前飞性能两类。垂直飞行性能指在定常状态（力和力矩都处于平衡的、无加速度运动的状态）时不同高度的爬升率（上升速度）和爬升率为零的理论静升限（悬停升限），以及爬升率为0.5米/秒时的实用升限。由于近地面有地面效应，在确定悬停升限时应说明有无地面效应。直升机前飞性能直升机前飞性能包括（1）定常平飞性能：指在不同高度的巡航速度（经济速度）、有利速度和最大速度；（2）续航性能：不同高度的最大续航时间和最大航程；（3）定常爬升（高）性能：不同高度的最大爬升率（爬升时的垂直速度分量）、理论动升限（带有平飞速度的最大高度）和实用动升限；（4）定常自转下滑性能：不同高度的最小下滑率和最小下滑角。估算直升机飞行性能估算直升机飞行性能的基础是旋翼的空气动力合力与直升机的重量和机体受到的空气动力之间力的平衡，旋翼的可用功率与需用功率之间功率的平衡。旋翼的可用功率是发动机的出轴功率减去传动装置等的功率损失后输给旋翼的功率。旋翼的需用功率包括克服旋翼型阻和诱导阻力的功率、克服机体废阻的功率和用于直升机爬高的功率。估算直升机飞行性能当平飞速度增大时，旋翼型阻功率基本不变，仅在大速度时由于激波损失而变大，旋翼诱导功率由大变小，机体废阻功率由小急剧变大。平飞时旋翼的需用功率在小速度时较大，在中速时较小，在大速度时又很大。可用功率减去平飞需用功率后的剩余功率基本上都能用于直升机爬高。性能计算依据原则性能计算只考虑对定常飞行状态，依据两项原则：①力的平衡：作用在直升机上的各力集中在重心，并且合力为零。②功率平衡：旋翼需用功率与发动机可以输送到旋翼上的功率相等。除了发动机功率限制外，直升机的飞行性能还受到后行桨叶发生气流分离及前行桨叶上出现激波的限制。在性能计算中，不仅要保证力的平衡，同时要保证能量的平衡。在任何定常飞行状态中需用功率必须等于可用功率。4.1航空发动机特性以机械方式驱动螺旋桨的航空发动机通常分为两类:活塞式发动机和涡轮式发动机。涡轮式发动机又分为两种:定轴（单轴）涡轮发动机和自由（双轴）涡轮发动机。活塞式发动机主要优点在于“单位耗油率”Ce（公斤/小时.马力）低。Ce=0.2～0.25缺点为“重量马力比”Gfdj/NM（公斤/马力）大。涡轮式发动机与其恰相反。单位耗油率为活塞式的1.5倍；重量马力比为1/10～1/4，仅为活塞式的1/3。航空发动机特性航空发动机特性通常指发动机的出轴马力NM与转速n，飞行高度H和飞行速度V0的关系。在一定高度一定速度下NM=f（n）称为发动机的外部特性曲线；在一定转速一定速度下NM=f（H）称为发动机的高度特性曲线；在一定高度一定转速下NM=f（V0）称为发动机的速度特性曲线。几种常用的发动机功率额定功率：发动机处于正常工作时的设计规定的功率。最大功率：发动机允许短时超载（如5分钟）的功率，用于起飞或其他状态，大于额定功率（约为额定的功率的110%）。巡航功率：发动机可以长期运转﹑耗油率最低的功率，用于巡航状态，通常小于额定的功率（约为额定的功率的80%）。功率对转速的关系曲线定轴涡轮发动机的功率对转速的关系曲线,自由涡轮发动机的功率对转速的关系曲线。定轴涡轮发动机的稳定工作状态是在很窄的转速范围内（图中实线所示）发动机高度特性涡轮发动机以A=NM/NM0为发动机高度特性。随着高度增高，空气密度减小，出轴马力降低。涡轮发动机的速度增压特性，随着飞行速度的增加而功率有所提高。发动机传给直升机旋翼的可用功率等于出轴马力乘以功率传递系数：NKy=NMζζ值一般随飞行速度而略有变化。涡轮发动机的额定功率和额定转速，一般为它的巡航功率和巡航转速。功率系数发动机的出轴功率不可能全部输给旋翼，其中一部分功率消耗于驱动尾桨﹑冷却风扇﹑泵及各种附件，还要克服传动系统中的摩擦等中间损失。故可能输给旋翼的功率，只是发动机出轴功率的一部分。用功率传动系数ζ表示（百分比）：ζ=旋翼可用功率发动机出轴功率（即直升机可用功率）ζ值随速度而变化，大约为0.84～0.88。可用功率系数为：式中NM为发动机功率。4.2悬停性能悬停是直升机在一定高度上保持航向和对地标位置不变的状态。悬停是直升机区别于一般固定翼飞机的一种特有的飞行状态。虽然某些特种飞机，例如喷口转向飞机，也能作短时悬停，但由于它们产生平衡飞机重力喷口的推力面的载荷大大超过直升机旋翼的桨盘载荷，这样不便使这