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自转旋翼机介绍【9】-旋翼机技术知识—向前飞行时的自转
轻航之家
2022年12月26日 14:18
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向前飞行时的自转

    为了完成旋翼机的旋翼自转图形,我们需要添加向前飞行的成份。这意味着有气流流过旋翼盘。

    当旋翼转动时,某一时刻,一个旋翼一定迎着(向前)气流,与此同时,另一个旋翼一定顺着气流(向后)。

    ·我们称迎着气流的浆叶为前进浆叶。

    ·我们称顺着气流的浆叶为后退浆叶。

    两个旋翼之间空速的不同

    加入一个迎面气流意味着气流经过前进浆叶和后退浆叶产生的空速不同。

    ·前进浆叶上的空速为旋翼转速与迎面气流的速度之和。

    ·后退浆叶上的空速为旋翼转速与迎面气流速度之差。

    如果旋翼的尖端以 300mph 的转速旋转,而迎面气流的速度为 60mph。

    ·前进浆叶的尖端会有 360mph,而后退浆叶的尖端仅会有 240mph 的空速。

    正如前面讨论的,气流与旋翼上某点的迎角取决于速度。速度越快,迎角越小。这意味着,在向前飞行中,如下图所示,旋翼的三个区域是呈扁偏形的。

升力的不对称

    旋翼上产生的升力大小会受到空速的极大影响。空速越大,升力也越大。因此按理说旋翼盘前进一侧上产生的升力要比旋翼盘后退一侧上产生的升力要大,我们称其为升力不对称。

    如果旋翼盘两侧升力不对称,不就造成旋翼机向旋翼盘的退浆一侧倾翻吗?

    拍打中趋于平衡

    旋翼机之所以没有倾翻是由于旋翼跷跷板或拍打。这是一种旋翼围绕中心螺栓的跷跷板式的上下摇动,而中心螺栓连接着旋翼叶毂和旋翼头 (我们称中心螺栓为跷跷板螺栓)。

    这个机构是如何发挥作用的呢?如果前进浆叶产生的升力大于后退浆叶产生的升力,那么作用在前进浆叶上的额外升力会导致前进浆叶上扬,我们叫它向上拍打,同时,后退浆叶将向下拍打。

    由于考虑到一个额外的垂直成份,这意味着总的流向浆叶的相对气流有变化。下面为最初的相对气流示意图。

    相对气流是如何随着浆叶向上拍打导致迎角减小而变化的。

相对气流是如何随着浆叶向下拍打导致迎角减小而变化的。

升力虽然是由于空速的作用产生的,迎角的变化对其也有影响。

作用在前进浆叶上的额外的空速使浆叶上扬,然而,当浆叶上扬时,迎角也在减少(迎角的减小会导致旋翼上产生的升力的减少),这导致了浆叶上产生的总的升力不变的结果。反过来对于后退浆叶来讲,道理也相同。

    我们将这种现象称其为“拍打中达到平衡”。

    迎面气流的进一步影响

    作用于旋翼的迎面气流会引起进一步后果。尤其是它们影响后退浆叶。当后退旋翼的转速与迎面气流速度相抵消时造成部分后退浆叶失速。

    我们称这部分气流为反向流动。反向气流会导致更严重的退浆失速。

    反向流动

    反向流动现象发生在退浆的根部,在这里,旋翼的转速是最低的。在向前的空速很大的情况下,有可能向前的空速实际上大于退浆的转速。在这种情况下,气流实际上可以冲击到旋翼的后缘,从下面示意图可以看出,靠近浆叶根部的区域是失速的。

    向前的空速越大,旋翼转的越慢,反向气流流过的区域就越大。反向流动的后果是造成操纵杆抖动并且高速飞行时最明显。

    退浆失速

    退浆失速现象的出现,是当失速区沿后退浆叶的大部分区域扩大到某一点时整个旋翼开始失速。在这一点上,前进浆叶仍旧会产生升力,这就导致了浆叶的剧烈拍打和浆叶航行。

    出现这种情况有两个原因:

    ·旋翼机的向前空速接近旋翼的转速。

    ·旋翼转速很慢(当旋翼机在地面时)而且由于向前滑跑或大风造成迎面气流流过旋翼。

    退浆失速是限制旋翼机地面滑跑速度的因素之一。

    旋翼转动缓慢也会出现同样问题。

    可以通过尽可能减小旋翼的迎角来确保将其后果降到最低,也就是采取将杆完全推到最前端的措施,并且当旋翼慢速转动时保持旋翼机不动。