南航直升机空气动力学习题集.docx

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南航直升机空气动力学习题集

直升机空气动力学习题集

绪论

（0-1）试汁算Z-8直升机的旋翼实度0、桨尖速度QR和海平而标准大气条件下的桨尖M数。

（0-2）Z-9直升机的旋翼桨叶为线性负扭转。

试画岀以桨距二11作悬停飞行的桨叶上r=（0.29〜1.0）一段的剖面安装角0（；）分布。

（0-3）关于反扭矩的是非题：

a）尾桨拉力用以平衡发动机的反扭矩，所以尾桨的位置要比发动机高。

（）

b）尾桨拉力用以平衡旋翼的反扭矩，所以尾桨位置距旋翼轴很远。

（）

c）双旋翼直升机的两付旋翼总是彼此反向旋转的。

（）

d）尾桨没有反扭矩。

（）

（0-4）关于旋翼参数的是非题：

a）旋翼的半径就是桨叶的长度。

（）

b）测量桨叶的根部宽度及尖部宽度，就可以得到桨叶的根梢比。

（）

c）测量桨叶的根部及尖部之间的倾斜角之差，就得到桨叶的扭度。

（）

d）台式电风扇实度接近1。

（）

（0-5）假泄Y-2直升机在某飞行状态下，旋翼拉力"1200公斤，试计算其G值。

（海平而标准大气）

第一章

（1-2）假定Y-2直升机在垂直飞行状态发动机的功率有84%传递给旋翼，且悬停时悬疑的型阻功率为诱导功率的一半，桨端损失系数k二0.92：

a）求在海平面标准大气条件下悬停时桨盘外的诱导速度；

b）求在海平而标准大气条件下悬停时的诱导功率、相对效率和直升机的单位马力载荷；

c）若以Vo=（l/3）vio的速度作垂直爬升，此时桨盘处的诱导速度多大？

诱导功率多大？

若型阻功率与悬停时相同，旋翼消耗的总功率多大？

（1-3）上题中，若飞行重量增大20%,除增大桨距外保持英他条件及型阻功率不变，那么英悬停诱导功率及相对效率将是多大？

（1-4）既然q"■等于某一有限值。

那么

a）是否可以认为，只要把旋翼直径做得很大，就可以用很小功率的发动机做成重型直升机？

b）直升机的发展趋势为什么是p趋向增大？

（1-5）试根据巾）的左义导岀％与桨盘载荷p的关系。

假定型阻功率与p无关，同一架机在

满载及轻载时，哪种情况下久更大些？

第二章

（2-1）某翼型的a=-1.2,Ciw=-0.02,=0.238,试将正确数据填入下表中

的空格。

迎角a

C...

CmF

-1.2°

0°

T

（2-2）如果把桨叶的变距操纵轴定在桨叶剖而的中点，当驾驶员向上提总距时，手感操纵力会如何变化？

（2-3）关于翼型特性的选择题：

a）翼型的升力垂直于（翼弦、中线、相对气流）；

b）翼型失速后就变得（没有速度、没有升力、升力减小）：

c）翼型的气动力矩指的是对于（前缘、压力中心、重心）：

d）翼型的Re数越大，则（Cx,Cy,Cymax）越大：

（2-4）Y-2直升机在海平而标准大气压条件下悬停时，总距0广9:

假左桨盘处诱导速

度均匀分布，且取疋二0.92,求桨叶特征剖面&二0.7）处的单位长度上的升力载荷（dy/dr）。

（中间结果y八二8.15m/s）

（2-5）利用叶素理论汁算Y-2直升机以y二2.7米、秒垂直爬升时旋翼的需用功率，并将计算结果与（1-2）题之c）相比较，指出差别的原因。

（计算时取K二0.92,KjLO,J二1.18,K二0.96,海平面标准大气条件，中间结果C\=0.00696）

（2-6）如果要求儒式桨叶的剖而升力系数为常数，那么桨叶的平而形状（宽度沿半径的变化规律）应是怎样的？

（2-7）试根据滑流-叶素组合理论汁算Z-9直升机在悬停时的旋翼诱导速度沿半径的分布。

如果桨叶无负扭转（△◎=（））,英诱导速度分布怎样？

将上述两种分布画在同一图上进行比较，指出二者的不同。

（为简化、取K二1）。

第三章

（3-1）用涡系来代表旋翼，两者在什么方而的作用是等价的？

（3-2）示意地画岀儒氏桨在悬停状态下桨盘平而处的轴向、径向和周向诱导速度沿半径的分布规律。

（3-3）Y-2直升机悬停时桨距0二9\若取k二0.92,

a）求缩减系数B：

（中间结果y,=0.0435）；

b）此时桨叶的环量TQ）和实际迎角aXr）沿桨叶的分布；

c）旋翼的拉力修正系数Kr和诱导速度修正系数人。

（3-4）计算Y-2桨叶对于悬停状态的最优负扭度（可以利用上题的有关数据如B等）。

第四章

大作业：

计算Z-8直升机的垂直爬升性能

补充资料

1.Z-8的有关数据

旋翼叶型NACA0012

垂直爬升时的当量阻力而积LCxS=14.6米:

3・其他数据，可参阅“直升机气动手册”第一.第二册7210办公室”编国防工业出版社

1978年5月

（中间结果（7/7^0.012,计算时建议取J二1・18）

第五章

（5-1）Z-9直升机巡航速度V0二250公里/小时，作水平飞行，此时旋翼迎角°。

二-5°,求旋

翼的前进比卩、流入比■和旋翼反流区而积。

（5-2）计及桨叶的径向速度分量时，桨叶在旋转中相当于具有变化的后（前）掠角。

试写岀该后（前）掠角的表达式，并说明该角随方位角及径向位置r的变化规律。

（5-3）Z-8直升机的旋翼桨叶每片重109公斤，质量均匀分布。

假泄悬停时桨叶升力分布

如图所示的三角形分布，求旋翼的锥度角a”

（5-4）某直升机的旋翼为右旋式（前进桨叶在右侧），当该机在地而作原地试车时突然有左侧风吹来，旋翼椎体会怎样倾斜？

（5-5）已知某直升机在水平飞行时a。

二6°,ai=-3°,b产1°,

a）写出挥舞角B的一阶表达式：

b）算出挥舞角最大及最小处的方位角：

c）算出挥舞速度最大及最小处的方位角：

d）Pmax和Bmin二者所在方位角之差△巾二？

（5-6）试导出偏置铁式旋翼的挥舞运动微分方程应为课本（5-13）式。

式中£二？

（5-7）关于无餃旋翼的是非题：

a）无狡旋翼因没有挥舞狡，所以桨叶没有挥舞运动。

（）

b）无狡旋翼因没有摆振狡，所以桨叶没有摆振运动。

（）

c）在无狡旋翼的等效钱（当量狡）处弯矩等于零。

（）

d）无狡旋翼的一阶挥舞运动的固有角频率等于旋转角频率Q。

（）

（5-8）Y-2直升机的旋翼桨叶每片重Gye二36公斤，质虽均匀分布。

在某飞行状态下a。

二0.1

弧度,a,=0.06弧度,"0.03弧度。

如果没有摆振较，在"二270°处的桨叶根部将承受多大的哥氏力弯矩？

（5-9）为使直升机迎风悬停，应在什么方向操纵驾驶杆？

（5-10）某一中心狡式直升机在地而试车时，若操纵驾驶杆使旋翼桨距变化为

A0=0cCOS血+0sSIN2

试写出旋翼椎体的倾斜方向和角度。

（5-11）尾桨桨叶一般具有较大的挥舞调节系数（例如K二1）,试讨论其原因。

第六章

（6-1）某旋翼在风洞中作吹风实验。

已知风洞的风速V0二30米/秒，旋翼迎角a°=-10°,在后方远处测得滑流速度V二31.6米/秒，下洗角£==10.8°o求桨盘处的诱导速度w及滑流下洗角£

（6-2）Y-2直升机在H二1000米髙空作水平飞行，飞行速度V。

二90公里/小时，桨盘迎角

q二-7.5°。

求此时的诱导功率，并计算该功率与在同一高度悬停时的诱导功率之比。

（6-3）直升机以速度V。

作水平飞行，桨盘迎角为（-Q＜），旋翼拉力系数为CTo假泄滑流速度近似地等于V。

值，仅是方向偏转了一个下洗角5,求证

£==sin_，辱cost）

L2v；J

（6-4）如果以Vfw作垂直下降（ap90°）,则由课本（6-23）式会得到什么结果？

试分析其原因。

（6-5）选择题：

直升机在水平前飞状态，与悬停状态相比，其

a）通过旋翼的气体质量流量（更大，更小，相同，为零）

b）旋戦的诱导功率（更大，更小，相同，为零）

c）每片桨叶的挥舞幅度（更大，更小，相同，为零）

d）挥舞运动消耗的功率（更大，更小，相同，为零）

第七章

（7-1）前飞时旋翼桨叶的剖面迎角随方位角而变化的主要原因有哪些？

既然迎角变化剧烈，为什么对挥舞角的桨叶升力力矩能够保持不变？

（7-2）假泄前飞时桨盘处的诱导速度分布自前往后直线增大，即

此时旋翼侧倾角bl大致如课本上图7-9的虚线所示。

试从物理实质上说明为何与诱导速度均匀分布情况的bl（实线所示）不同。

（7-4）某直升机的旋翼轴前倾5°»当该机以V。

二140公里/小时作水平飞行时，机身姿态恰好水平，且桨尖平而恰好垂直于旋翼轴。

求此时的周期变距操纵呈：

（）’及（）：

（有关参数为:

QR二210米/秒，CfO.012,o=0.07,桨叶洛克数y=4,旋翼中心餃式且挥舞调节系数K=0,k二0.92,桨盘上诱导速度均匀分布）

（7-5）在上题情况下，利用课本（7-34）及（7-35）式进行计算应得到£0,及Cf（1/2）o试做验证计算。

（7-6）某直升机在悬停时旋翼锥角度为…，桨叶后摆角为e。

。

若此时直升机改为以角速度（・）x作原地滚转，试将上述两种状态下的旋翼挥舞角及摆振角填入表中。

（假泄无周期变距操纵）

悬停

原地滚转x（Vo=O）

ao

a1

bi

e0

e0

ei

fl

第八章

（8-1）已知桨叶附着涡的环量为

正（“）七益W心叩

试求桨叶转过一个微小角度△巾过程中所逸出的脱体涡的环量和沿桨叶展向

Ar段所逸出尾随涡的环量o

（8-2）有一刚硬的两叶螺旋桨（不能挥舞），无扭变，无变距操纵。

桨叶相对宽度b】=0・1，以桨距0,二10°、桨盘迎角a=0°在风洞中作"二0.2的吹风试验。

假左桨盘处的诱导速度分布为

口（r,p）=0.03（1+2prCos屮）

a）试求英桨叶环量分布正（7,卩）及桨叶在横向位置（巾二90°及270°）时的升力载

b）若螺旋桨中心装一挥舞钱，在上述状态下产生ao=0,a»0・06,bt=0.02的挥舞，试求此时在横向位苣的桨叶上的气动载荷分布石/不。

C）将上述两种载荷分布画在同一图上并进行比较，说明宜升机旋翼为什么必须允许作挥舞运动。

（8-3）若要求Z-9直升机以Vo=280公里/小时用^^-15°作水平飞行，已知桨叶无翼型

部分r（）=0.28,假定KR98,翼型最大升力系数Cg广1・47,试检查是否超过失

速界限。

（8-4）

若桨叶环量分布如（8-1）题，且拉力修正系数龙义为

试导出K丁与u的关系式。

第九章

（9-1）某直升机重量为GhOOO公斤，旋翼直径D=21米，旋翼转速n二180转/分,实度。

=0.051。

在高度H二1000米以巡航速度V。

二120公里/小时平飞，若近似地取u二V。

废阻系数SC5=001*且已知旋翼轴前倾角6=5，求

a）废阻力和废阻功率

b）旋翼迎角Q

C）机身迎角并分析旋翼轴前倾安装有什么好处。

（9-2）某直升机以最大巡航速度平飞。

已知QR二200米/秒，二-15°旋翼翼型为NACA0012

（其最大升力系数C=1.26）,

Vzvmax

a）如图所示，旋翼桨盘上有三处区域升力不正常，试指岀各自不正常的原因:

b）此时飞行速度多大？

c）若桨盘上迎角分布用下式近似表示:

C,（；¥）=O0.7x存Jr3'_-试计算此时的C

''0.7-//r+〃sm0

（9-3）附图所示为某机在某高度的平飞功率特性，

a）找出公率限制的最大平飞速度Vmax及最小平飞速度Vmin,

b）找出相对于航时最久及航程最远的平飞速度V时V加

c）找岀爬升速度最大的飞行速度V升，

d）如果在以Vmax飞行时发动机突然熄火，若要滑翔距离尽可能远，应该以多大速度下

（9-5）前飞性能计算（大作业）

一、原始数据

a）起飞重呈:

：

G二1200公斤

b）旋翼参数：

D二10米，0=38（1/秒），o=0.05,k=0.93,Kt=0.96,Kp^I.0,Jo=l.07,

翼型为NACA0012,取「二1.2。

jvmax

c）全机废阻系数scJ=0012

d）油量:

油箱容积106升,燃油比重丫=0.7公斤/升

e）功率传递系数：

0

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

©

0.820

0.838

0.843

0.850

0.854

0.856

f）发动机特性：

耗油率Ce=0.22公斤/马力小时，髙度特性:

H（千米）

0

1

2

3

4

5

6

7

汕（马力）

260

258

255

253

237

210

185

183

二、计算内容

a）平飞特性（包括由功率、气流分离或激波限制的极限速度）

b）爬升特性，各髙度的（V及爬升时间（一次近似值）

C）续航特性治、人（按H=l°°°米计算）

d）自转特性，各髙度的最小下降率及最小滑角

e）按a、b讣算结果，画出综合性能曲线，并给出实际动升限及爬升到该高度所需的时间。

第十章

（10-1）由滑流理论得知，悬停旋翼的拉力

T=2aR、；

即诱导速度越大则拉力越大；在地面效应中悬停时，保持拉力相同但诱导速度却较小，怎样解释这种不同？

（10-2）已知Y-2直升机在无地效悬停时垂直吹风增重系数K_=l・02.。

若以同样功率

离地1.5米悬停（此时旋翼离地4.1米，机身离地2.1米）可以增装多少公斤载重？

（10-3）垂直飞行各状态中，什么状态需用诱导功率最大？

如果型阻功率保持不变，什么状态总的需用功率最大？

什么状态总的需用功率最小？

（10-4）若把以理想自转作垂直下降的旋翼看作是不透气的圆形平板，迎风平板的阻力系

数取C广1・28,试导出其稳泄下降率与桨盘载荷的关系为

V=1.257777

（10-5）选择题：

稳左自转下滑的尾桨拉力，与水平飞行时的尾桨拉力相比较，

a）大小（相等，更大，更小）

b）方向（相等，更大，更小）

（10-5）在哪些情况下须作自转飞行？

自转时怎样控制旋翼的转速？

自转着落前应有哪些

必要的操纵动作？

第十一章

（11-1）提高Z-8直升机飞行速度的措施之一，是将其旋翼桨尖处改为髙速翼型。

为研究旋翼桨尖对其性能的影响，拟在试验段截面积为6X8米的风洞中进行吹风试验，（11-2）试对比风洞试验段的扩张锥角与扩压段的扩张锥角，二者的作用及大小有何不同？

（11-3）利用模型旋翼试验台及风洞，可以进行哪些空气动力学方面的试验研究？

（11-4）对于下列两种不同的研究项目

A、前飞时有旋翼气流干扰情况情况下的废阻力；

B、前飞时旋翼桨叶的动载荷

在设计模型及试验台时，各应从下列十项中选择哪几种？

（1）

纯气动相似模型旋翼

（2）

气动弹性相似的模型旋翼

（3）

简化的机身模型

（4）

详尽的机身模型

（5）

旋翼自转及刹车机构

（6）

机身静力天平

（7）

旋翼静力天平

（8）

集流环及动态测试设备

（9）

载荷监控（安全）系统

（10）

数据适时处理系统

第十二章

（12-1）某直升机重G二1600公斤，重心在旋翼轴线上，桨毂重心距重心的高度y二1.5米，挥舞较外伸量儿二0.2米，挥舞调节系数K=0,悬停时锥度角a0=6\为使直升机由悬停转入前飞，驾驶员前推驾驶杆。

若驾驶杆把手每移动1厘米使桨盘倾斜△a

K.5。

求此时旋翼的操纵功效警，此处5为驾驶杆位移，单位为厘米，捡为俯

仰力矩，单位为公斤•米。

（12-2）关于平尾对纵向稳左性的作用的填充题

厂角位移］厂

y,因而有助于改善

水平尾而对直升机的俯仰5，提供Y

直升机的％

I角速度丿<

>稳泄性，而且对平尾的有效性随着飞行速度的增加而（

（12-3）增大旋翼的挥舞较外伸量，对直升机的俯仰及滚转操纵性和稳圧性的影响是（在下表中选择正确答案）：

增大

减小

不变

操纵力矩

速度静稳定性

迎角静不稳性

角速度阻尼

操纵灵敏度

相应时间常数

（12-4）直升机悬停时，如果驾驶员不慎将驾驶杆向右偏斜，待他感到直升机已发生滚转时

立即将驾驶杆扳回中立位置并保持不动，试问

a）然后直升机在横一航向将会作怎样的运动？

画出其滚转角了、侧移距离AZ和

偏航角0,随时间的变化（上述三个参数按同一时间坐标轴画出）

b）在垂直方向及俯仰方向是否会有运动？

为什么？

（12-5）Y-2宜升机在悬停时©=95,QE87米/秒，心二0・0435,求此直升机上升

的操纵灵敏度（0,增加1°所得到的V„稳态值）及时间常数T。

附表：

国产直升机的常用数据

机型

Y-2

Z-5

Z-8

Z-9

正常重量

1200

7250

11000

3800

发动机的最大持续功率N（马力）

260

1700

3X1274

2X586

旋翼直径D（米）

10

21

1&9

11.93

旋翼转速n（转/分）

358

178

207（悬停）

212（巡航）

349

桨叶片数

3

4

6

4

桨叶宽度b：

（米）

0.256

0.55

0.54

0.385