南京航空航天大学直升机空气动力学基础经典课件——涡流理论

空气动力学经典课件

南京航空航天大学

Nanjing University of Aeronautics & Astronautics

直升机技术研究所

Institute of Helicopter Technology

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第三章 垂直飞行时的涡流理论

1、涡流基本概念 2、旋翼涡系 3、旋翼的诱导速度 4、旋翼拉力和功率的修正系数

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第一节 基本概念

1-1 升力面的尾涡

升力面的上、下气流有压差，在端部形成绕流 （漩涡）。漩涡随气流延伸，成为升力面的尾涡。 如机翼。

当升力面的速度环

量改变时，有与升力面 平行的涡逸出，称为脱

体涡。

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旋翼桨叶的尾涡 呈螺旋线状

照片说明： 漩涡中气压低，潮湿空 气中的水汽凝结为云， 显示出涡的轨迹。

讨论： 你所见到的漩涡及其形成的原因 直升机空气动力学

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1-2 涡的诱导速度

漩涡引起周围流体的速度和压强变化 涡的诱导速度用毕奥—沙瓦定理计算 速度

涡

r r r ds l dv 4 l 3

Y向

压强

式中 是涡元 ds 到计算点M 的矢径， 是涡的环量。

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1-3 旋翼涡流理论的基本思路

旋翼对周围空气流速的影响（诱导作用），用一涡系 的作用来代替，用来计算旋翼的诱导流场。 关键是构建适当的涡系： 能逼真地代表旋翼的作用，即此涡系的诱导速度场与 旋翼的尽可能相同。此外，便于计算涡系的诱导速度。 如：最简单的机翼涡系

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简单的旋翼桨尖涡系

悬停 低速前飞 高速前飞

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第二节 常用的旋翼涡系模型

2-1 固定涡系（经典涡系）

参照诱导流场，设定涡线或涡面的构成和形状，

如：螺旋面涡系，圆环涡系，偶极子涡系，涡柱涡系 等

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2-2 预定涡系

根据流态显示试验得到的涡线形状和位置，设

定涡系结构。

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2-3 自由涡系

依据自由涡线在流场中

不受力条件，让涡线随气流 自由延伸。

流速分布与涡线形状同

步迭代计算，逐步近似直至收敛。 计入了涡系形状的畸变。 讨论：三类涡系的优缺点和适用性 Helicopter Aerodynamics 直升机空气动力学

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第三节 旋翼圆筒涡系

3-1 基本假定

除假定空气是无粘性、不可压缩的气体外，还假定：

气流是定常的（相当于无限多片桨叶）； 桨叶环量沿半径不变（只在桨尖有尾涡逸出）；

不计径向诱速、周向诱速对涡线延伸方向的影响；

轴向诱速对涡线延伸方向的影响，用桨盘处的等效 诱导速度来代表； 旋翼桨叶的挥舞角度角略去不计； 直升机空气动力学

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3-2 轴向气流中的旋翼涡系构成

1）附着涡盘

旋翼有k 片桨叶，每片桨叶环量为Γ， 假设 kΓ的总环量均匀分布在桨盘上， 即：在桨盘有无限多的强度无限小的 附着涡。

桨盘平面上，中心角为 d 的微元中， 附着环量为 ( k / 2 )d 。

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