空气阻力是吊装直升机最大的障碍吗?

引语:在恶劣天气条件下,吊装直升机飞行面临的安全风险会急剧增加,空气阻力对直升机外吊挂飞行安全有直接影响,飞行员需要充分了解恶劣天气对飞行安全的影响,并掌握直升机飞行时所受的空气阻力、重力、和升力平衡操纵,针对其做好相应防范与应急对策.



      起重吊装直升机具有垂直起降、空中悬停和定点转弯等特异功能,对起降场地没有特殊要求,具备机外载荷吊装体积比货仓大得多的物件,有着其它起重设备不可比拟的先天优势;直升机空中吊运飞行时所受的空气阻力与其运动方向相反,飞行员需调整旋翼的旋转平面使其与前进方向成某一角度,适当的操纵,对操控直升机飞行来说是十分必要的。

在恶劣天气条件下,直升机飞行面临的安全风险会急剧增加,气象条件对直升机外吊挂飞行安全有直接影响,飞行员需要充分了解恶劣天气对飞行安全的影响,并掌握直升机飞行时所受的空气阻力、重力、和升力平衡操纵,针对其做好相应防范与应急对策。

直升机的受力解析】

直升机飞行动力学中,把旋翼桨叶和桨毂上的空气动力与离心力合成为桨心六力素。这六力素分别为拉力、侧向力、后向力、反扭矩、桨毂力矩、离心力,部分力和力矩如下图所示:

 

拉力:拉力的定义是过桨毂中心垂直于桨尖平面,向上为正,是各片桨叶的升力和阻力在垂直于桨尖平面的轴方向上的合力。拉力主要受总距控制,对直升机的升降和垂向配平具有决定性作用。

 侧向力:侧向力在桨尖平面上指向机体坐标系的Y轴,指向机头右侧为正,主要是桨盘平面倾斜、左右挥舞角导致的来流差产生的不对称力造成的。侧向力主要受横向周期变距的控制,主要用于滚转和倾侧姿态的调整和配平。

 后向力:后向力与侧向力相似,只是位于纵剖面上指向机体尾梁方向为正,其产生主要有三部分原因,一是桨盘的前后倾侧;二是前行与后行桨叶的阻力差;三是挥舞导致的来流差异产生的升力在桨尖平面的分。后向力主要受纵向周期变距的控制,主要用于俯仰姿态的调整和配平。

 反扭矩:反扭矩几乎是所有直升机的一大特性,因扭矩的方向总是与旋翼转的方向相反,故称反扭矩。

其产生主要是由桨叶在桨尖平面的阻力分量对桨毂旋转中心的矩导致的。反矩的平衡实际是由尾桨产生的拉力在对质心矩与反扭矩抵消而间接控制的,主要用于航向角的调整和配平。

 

【空气阻力的计算公式】
   空气阻力公式:F=(1/2)CρSV^2

计算公式中:

C为空气阻力系数;

ρ为空气密度;

S物体迎风面积;

V为物体与空气的相对运动速度.由上式可知,正常情况下空气阻力的大小与空气阻力系数及迎风面积成正比,与速度平方成正比。

直升机飞行时所受的空气阻力与其运动方向相反,当其匀速水平飞行时,需调整旋翼的旋转平面使其与前进方向成某一角度。

 

【直升机特点】

1)能够垂直起飞、着陆和飞行;

2)对起降场地没有特殊要求;

3)能在空中悬停和定点转弯;

4)能沿任何方向飞行;

5)能吊装体积比货仓大得多的物件。

【直升机平飞】

直升机的水平直线飞行简称平飞,平飞、上升、下滑是直升机最简单的运动形式,也是直升机最基本的飞行状态。

平飞时力的平衡如图所示:

作用在直升机上的力主要有旋翼拉力T,重力G,空气阻力X和尾桨拉力T尾。

平飞功率曲线

直升机的平飞功率曲线包括可用功率曲线和所需功率曲线,旋翼实际可以利用的功率叫做可用功率,可用功率基本不随飞行速度变化。平飞时旋翼需要消耗的功率叫平飞所需功率,平飞所需功率包括:


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