实验一、飞行原理实验
（一）实验目的
1．熟悉风洞的功用和典型构造；
2．通过烟风洞实验观察模型的气流流动情况；
3．通过低速风洞的吹风实验了解升力与迎角、相对速度之间的关系；
4．通过对不同的飞机模型进行吹风实验掌握飞机的稳定性和操纵性。
（二）实验内容
1．观察翼型模型或飞机模型在烟风洞中的气流流动情况；
2．观察飞机模型的迎角大小和相对速度对升力的影响规律；
3．观察飞机模型在受到扰动失衡之后如何自动恢复到平衡状态；
4．观察飞机模型通过操纵设备来改变飞机的哪些飞行状态。
（三）实验设备
实验设备主要包括：直流式低速风洞、烟风洞、以及各种不同类型的飞机吹风模型教具。如图1-1所示是烟风洞构造示意图。烟风洞也是一种低速风洞，主要用于形象地显示出环绕实验模型的气流流动的情况，使观察者可以清晰地看出模型的流线谱，或拍摄出流线谱的照片。
1-发烟器；2-管道；3-梳状管；4-实验段；5-沉淀槽；6-烟量开关；
7-烟速调整纽；8-模型迎角调整纽；9-发烟器及照明开关
图1-1 烟风洞构造示意图
烟风洞一般由风洞本体、发烟器、风扇电动机和照明设备等组成。风洞的剖面呈矩形，为闭口直流式。烟从发烟器1产生，沿管道2流向梳状管3（很多并列的细管），烟雾通过梳状管形成一条条细的流线，流线流过实验段4时，就可以观察气流流过模型时的流动情况。烟雾流过实验段后流人沉淀槽5，最后流到风洞的外面。发烟器底部装有电加热器，把注入的矿油点燃而发烟。为了看得更清楚或方便摄影，风洞实验段后壁常漆成黑色，并用管状的电灯来照明。
如图1-2所示是一种简单的直流式风洞的构造示意图。风洞的人造风是由风扇旋转式产生的，风扇由电动机带动，调整电动机的转速，可以改变风洞中气流的流速。
1-电动机；2-风扇；3-防护网；4-支架；5-模型；6-铜丝网；7-整流格；
8-天平；9-空速管；10-空速表；11-收敛段；12-实验段；13-扩散段
图1-2 直流式低速风洞
直流式低速风洞的工作过程如下：电动机1驱动风扇2转动产生人造风，人造风首先通过收敛段11，使气流收缩，速度增大。气流通过整流格，使涡流减小，并在实验段的进口处达到希望的流速，然后再以平稳的速度通过实验段12。飞机或机翼模型就放在实验段的支架4上进行实验。气流从实验段流过扩散段13，使流速降低，能量的损失减小。最后气流通过防护网3流出风洞之外。
进行风洞实验还需要一些精密的仪器设备，如测量模型上的空气动力大小的天平8、测量气流速度的空速表10和空速管9，以及温度汁、气压计和湿度计等，另外，还需要模型表面压力分布的压力计、数据采集和处理设备以及控制风洞运行的其他设备等。
（四）实验步骤、方法及数据记录
1．实验步骤（以直流低速风洞为例）
（1）连上电源线（电源接头在设备背部），接通操作面板上的电源开关（按绿色按钮）；（2）首先转动电压调整罗盘至零位，然后打开电压和电流开关，观察电压表和电流表指示是否正常；
（3）确认电压表和电流表正常后，将需要实验的翼型模型或飞机模型放置在实验段，并固定好；
（4）转动电压调整罗盘，逐渐提高电动机功率（功率不高于140）；
（5）达到所要求的实验风速后，对翼型模型或飞机模型进行相应的操作，观察实验现象并记录实验结果；
（6）将电压调整罗盘调整至零位，电压和电流开关，关闭操作面板上的电源开关（按红色按钮），关闭电源，并将翼型模型或飞机模型放回原处。
2．实验方法
（1）将飞机模型或翼型模型置于实验段的固定位置，调整电动机功率，使实验段气流达到预定风速。
（2）分别测量在某几个迎角（取a=15 o,20 o,25 o,30 o）时升力系数Cx、阻力系数Cy和升阻比K=Cx/Cy
3．实验数据记录
（1）记录实验时翼型模型或飞机模型的迎角的角度；
（2）记录实验时电动机功率的大小和气流的流速；
（3）记录实验现象或实验结果。
（五）思考题
1．风洞实验有何作用？
答：风洞实验的作用：是利用人造气流来进行飞机空气动力实验测试。风洞是发展航空航天事业的关键设备，风洞实验是研制飞行器的先行官，决定一架飞机或其他飞行器的飞行性能，如速度、高度等，除飞机重量、发动机推力等要素外，最重要的因素是作用于飞机的空气动力。空气动力主要决定于飞机的外形。在设计和研制飞机时，首先是设计其外形，由此就可以确定作用于飞机的空气动力并推算飞行性能。但是，这个工作只能做在最前，不能在飞机造出来以后。故风洞试验主要用于确定飞机空气动力的实验测试。
2．影响飞机升力的因素有哪些？
答：（1）机翼面积的影响；
（2）相对速度的影响；
（3）空气密度的影响；
（4）机翼剖面形状和迎角的影响.
3．什么是飞机的稳定性？飞机包括哪几个方向上的稳定性？
答：所谓飞机的稳定性，是指在飞行过程中，如果飞机受到某种扰动而偏离原来的平衡状态，在扰动消失后，不经飞行员操纵，飞机能自动恢复到原来平衡状态的特性。
飞机的稳定性包括：（1）飞机的纵向稳定性；
（2）飞机的方向稳定性；
（3）飞机的横向稳定性.
4．什么是飞机的操纵性？驾驶员如何操纵飞机的俯仰、偏航和滚转运动？
答：飞机的操纵性是指驾驶员通过操纵设备（如驾驶杆、脚蹬和气动舵面等）来改变飞机飞行状态的能力。
驾驶员如何操纵飞机的俯仰：
飞机在飞行过程中，操纵升降舵，飞机就会绕着横轴转动，产生俯仰运动。飞行员向后拉驾驶杆，经传动机构传动，升降舵便向上偏转，这时，水平尾翼上的向下附加升力就产生使飞机抬头的力矩，使飞机上仰；向前推驾驶杆，则升降舵向下偏转，使机头下俯。
驾驶员如何操纵飞机偏航：
在飞机飞行过程中，操纵方向舵，飞机则绕立轴转动，产生偏航运动。飞行员向前蹬左脚蹬，方向舵向左偏转，在垂直尾翼上产生向右的附加侧力，此力使飞机产生向左的偏航力矩，使机头向左偏转；向前蹬右脚蹬，飞机产生向右的偏航力矩，使机头向右偏转。
驾驶员如何操纵飞机的滚转运动：
飞机在飞行过程中，操纵副翼，飞机便绕着纵轴转动，产生滚动运动。向左压驾驶杆，左副翼向上偏转，右副翼向下偏转，这时左机翼升力减小，右机翼升力增大，则产生左滚的滚动力矩，使飞机向左倾转；向右压驾驶杆，则右副翼向上偏转，左副翼向下偏转，产生右滚的滚动力矩，飞机便向右偏转。
（六）实验收获（心得体会）。
通过本次飞行原理实验，使我熟悉了风洞的功用和典型构造，认识到风洞试验对发展航空航天事业的重要性。因为航空器、航天器，包括像先进的空中武器装备，比如导弹，比如
先进的隐身战斗机等等，都是需要通过风洞，通过空气动力技术去设计它、试验它。而我国作为发展中国家，要发展大飞机，要发展军用飞行器，必须要有与之相关的专家。作为当代大学生，我们应努力掌握相关方面的知识，为祖国的强大与发展做出自己的贡献。
直升飞机飞行原理 直升机的机翼与固定翼飞机一样，当气流从机翼前缘流向机翼后缘，从上翼面流过的气流比下翼面走过的路程长，为避免出现真空，上翼面的气流流速比下翼面的大。根据伯努利方程，相同条件下，气流的静压与动压的和恒定，因为上翼面的气流的流速大，导致动压大，所以其静压就小，机翼收到来自上翼面的压力小于来自下翼面的压力，大气对机翼的总压力向上，这个压力就是升力，有了升力直升机就能飞起来，但机翼旋转会对机身产生扭矩，为了不使机身旋转，通过加尾浆的方式平衡掉这个扭矩，所以直升机都是有尾浆的。直升机的机翼旋转面和轴的夹角可以通过杠杆机构来调整，通过调整这个夹角使升力与直升机的重力同轴或不同轴，同轴时，直升机悬停，不同轴时，直升机前飞 直升机升空的原理和竹蜻蜓是一样的，主桨桨叶上产生升力。至于你说的玩具有两个桨，而真机只有一个，应该是上下两层吧，总共四片桨叶，而真机只有一层。都知道，主桨高速转动，会给机身一个反方向的扭矩，如果不加以平衡，机身就会沿着和主桨转动方向相反的方向高速自旋，这样的直升机能飞么？玩具的两层桨叶就是平衡这个扭矩的，你仔细观察下，上下桨的转动方向一定是相反的，也就是靠两对桨叶给机身的扭矩来平衡机身，它们给机身的扭矩方向是相反的，如果大小也相同，那么机身就能保持稳定。但是真机，或者真正的航模直升机，都是单层桨叶的，因为它们都带尾桨，靠尾桨产生的推力来稳住机身。主桨产生的扭矩如果会使机尾顺时针旋转，那么就让尾桨产生逆时针的推力，平衡这个顺时针的扭矩。
一、直升机与普通飞机区别及飞行简单原理：不可否认，直升机和飞机有些共同点。比如，都是飞行在大气层中，都重于空气，都是利用空气动力的飞行器，但直升机有诸多独有特性。（1）直升机飞行原理和结构与飞机不同飞机靠它的固定机翼产生升力，而直升机是靠它头上的桨叶（螺旋桨）旋转产生升力。（2）直升机的结构和飞机不同，主要由旋翼、机身、发动机、起落装置和操纵机构等部分组成。根据螺旋桨个数，分为单旋翼式、双旋翼式和多旋翼式。（3）单旋翼式直升机尾部还装有尾翼，其主要作用：抗扭，用以平衡单旋翼产生的反作用力矩和控制直升机的转弯。（4）直升机最显眼的地方是头上窄长的大刀式的旋翼，一般由2～5片桨叶组成一副，由1～2台发动机带动，其主要作用：通过高速的旋转对大气施加向下的巨大的力，然后利用大气的反作用力（相当与直升飞机受到大气向上的力）使飞机能够平稳的悬在空中。二、平衡分析（对单旋翼式）：（1）直升飞机的大螺旋桨旋转产生升力平衡重力。直升飞机的桨叶大概有2—3米长，一般有5叶组成。普通飞机是靠翅膀产生升力起飞的，而直升飞机是靠螺旋桨转动，拨动空气产生升力的。直升飞机起飞时，螺旋桨越转越快，产生的升力也越来越大，当升力比飞机的重量还大时，飞机就起飞了。在飞行中飞行员调节高度时，就只要通过改变大螺旋桨旋转的速度就可以了。（2）直升飞机的横向稳定。因为直升飞机如果只有大螺旋桨旋，那么根据动量守衡，机身就也会旋转，因此直升飞机就必须要一个能够阻止机身旋转的装置。而飞机尾部侧面的小型螺旋桨就是起到这个作用，飞机的左转、右转或保持稳定航向都是靠它来完成的。同时为了不使尾桨碰到旋翼，就必须把直升飞机的机身加长，所以，直升飞机有一个像蜻蜓式的长尾巴。三、能量方式分析。根据能量守恒定律可知：能量既不会消失，也不会无中生有，它只能从一种形式转化成为另一种形式。在低速流动的空气中，参与转换的能量只有压力能和动能。一定质量的空气具有一定的压力，能推动物体做功；压力越大，压力能也越大；流动的空气具有动能，流速越大，动能也越大。而空气的流速只有来自于发动机所带的螺旋桨对空气的作用，当然从这里分析 能量也是守衡的
飞行原理（图解） 直升机能够垂直飞起来的基本道理简单，但飞行控制就不简单了。旋翼可以产生升力，但谁来产生前进的推力呢？单独安装另外的推进发动机当然可以，但这样增加重量和总体复杂性，能不能使旋翼同时担当升力和推进作用呢？升力-推进问题解决后，还有转向、俯仰、滚转控制问题。旋翼旋转产生升力的同时，对机身产生反扭力（初中物理：有作用力就一定有反作用力），所以直升机还有一个特有的反扭力控制问题。 直升机主旋翼反扭力的示意图 没有一定的反扭力措施，直升机就要打转转/ 尾桨是抵消反扭力的最常见的方法 直升机抵消反扭力的方案有很多，最常规的是采用尾桨。主旋翼顺时针转，对机身就产生逆
时针方向的反扭力，尾桨就必须或推或拉，产生顺时针方向的推力，以抵消主旋翼的反扭力。 抵消反扭力的主旋翼-尾桨布局，也称常规布局，因为这最常见/ 典型的贝尔407 的尾桨主旋翼当然也可以顺时针旋转，顺时针还是逆时针，两者之间没有优劣之分。有意思的是，美、英、德、意、日直升机的主旋翼都是逆时针旋转，法、俄、中、印、波兰直升机都是顺时针旋转，英、德、意、日的直升机工业都是从美国引进许可证开始的，和美国采用相同的习惯可以理解，中、印、波兰是从前苏联和法国引进许可证开始的，和法、俄的习惯相同也可以理解，但美国和俄罗斯为什么从一开始选定不同的方向，法国为什么不和选美国一样的方向，而和俄罗斯一致，可能只是一个历史的玩笑。
各国直升机主旋翼旋转方向的比较尾桨给直升机的设计带来了很多麻烦。尾桨要是太大了，会打到地上，所以尾桨尺寸受到限制，要提供足够的反扭力，就需要提高转速，这样，尾桨翼尖速度就大，尾桨的噪声就很大。极端情况下，尾桨翼尖速度甚至可以超过音速，形成音爆。尾桨需要安装在尾撑上，尾撑越长，尾桨的力矩越大，反扭力效果越好，但尾撑的重量也越大。为了把动力传递到尾桨，尾撑内需要安装一根长长的传动轴，这又增加了重量和机械复杂性。尾桨是直升机飞行安全的最大挑战，主旋翼失去动力，直升机还可以自旋着陆；但尾桨一旦失去动力，那直升机就要打转转，失去控制。在战斗中，直升机因为尾桨受损而坠毁的概率远远高于因为其他部位被击中的情况。即使不算战损情况，平时使用中，尾桨对地面人员的危险很大，一不小心，附近的人员和器材就会被打到。在居民区或林间空地悬停或起落时，尾桨很容易挂上建筑物、电线、树枝、飞舞物品。 尾桨可以是推式，也可以是拉式，一般认为以推式的效率为高。虽然不管推式还是拉式，气流总是要流经尾撑，但在尾桨加速气流前，低速气流流经尾撑的动能损失较小。尾桨的旋转方向可以顺着主旋翼，也就是说，对于逆时针旋转的主旋翼，尾桨向前转（或者说，从右
图解直升机原理之一－－－涡轮轴发动机工作 原理 航空涡轮轴发动机 航空涡轮轴发动机，或简称为涡铀发动机，是一种输出轴功率的涡轮喷气发动机。法国是最先研制涡轴发动机的国家。50年代初，透博梅卡公司研制成一种只有一级离心式叶轮压气机、两级涡轮的单转于、输出轴功率的直升机用发动机，功率达到了206kW(280hp)，成为世界上第一台直升机用航空涡轮轴发动机，定名为“阿都斯特—l”(Artouste—1)。首先装用这种发动机的直升机是美国贝尔直升机公司生产的Bell 47(编号为X H—13F)，于1954年进行了首飞。 涡轴发动机的主要机件 与一般航空喷气发动机一样，涡轴发动机也有进气装置、压气机、燃烧室、涡轮及排气装置等五大机件，涡轴发动机典型结构如下图所示。
进气装置 由于直升机飞行速度不大，一般最大平飞速度在3 50km/h以下，故进气装置的内流进气道采用收敛形，以便气流在收敛形进气道内作加速流动，以改善气流流场的不均匀性。进气装置进口唇边呈圆滑流线，适合亚音速流线要求，以避免气流在进口处突然方向折转，引起气流分离，为压气机稳定工作创造一个好的进气环境。有的涡轴发动机将粒子分离器与进气道设计成一体，构成“多功能进气道”，以防止砂粒进入发动机内部磨损机件或者影响发动机稳定工作，这种多功能进气道利用惯性力场，使含有砂粒的空气沿着一定几何形状的
通道流动。由于砂粒质量较空气大，在弯道处使砂粒获得较大的惯性力，砂粒便聚集在一起并与空气分离，排出机外(见下图)。 压气机 压气机的主要作用是将从进气道进入发动机的空 气加以压缩，提高气流的压强，为燃烧创造有利条件。根据压气机内气体流动的特点，可以分为轴流式和离心式两种。轴流式压气机，面积小、流量大；离心式结构简单、工作较稳定。涡轴发动机的压气机，其结构形式几经演变，从纯轴流式、单级离心、双级离心到轴流与离心混装一起的组合式压气机。当前，直升机的
一、直升机与普通飞机区别及飞行简单原理： 不可否认，直升机和飞机有些共同点。比如，都是飞行在大气层中，都重于空气，都是利用空气动力的飞行器，但直升机有诸多独有特性。 （1）直升机飞行原理和结构与飞机不同飞机靠它的固定机翼产生升力，而直升机是靠它头上的桨叶（螺旋桨）旋转产生升力。 （2）直升机的结构和飞机不同，主要由旋翼、机身、发动机、起落装置和操纵机构等部分组成。根据螺旋桨个数，分为单旋翼式、双旋翼式和多旋翼式。 （3）单旋翼式直升机尾部还装有尾翼，其主要作用：抗扭，用以平衡单旋翼产生的反作用力矩和控制直升机的转弯。 （4）直升机最显眼的地方是头上窄长的大刀式的旋翼，一般由2～5片桨叶组成一副，由1～2台发动机带动，其主要作用：通过高速的旋转对大气施加向下的巨大的力，然后利用大气的反作用力（相当与直升飞机受到大气向上的力）使飞机能够平稳的悬在空中。 二、平衡分析（对单旋翼式）： （1）直升飞机的大螺旋桨旋转产生升力平衡重力。 直升飞机的桨叶大概有2—3米长，一般有5叶组成。普通飞机是靠翅膀产生升力起飞的，而直升飞机是靠螺旋桨转动，拨动空气产生升力的。直升飞机起飞时，螺旋桨越转越快，产生的升力也越来越大，当升力比飞机的重量还大时，飞机就起飞了。在飞行中飞行员调节高度时，就只要通过改变大螺旋桨旋转的速度就可以了。 （2）直升飞机的横向稳定。 因为直升飞机如果只有大螺旋桨旋，那么根据动量守衡，机身就也会旋转，因此直升飞机就必须要一个能够阻止机身旋转的装置。而飞机尾部侧面的小型螺旋桨就是起到这个作用，飞机的左转、右转或保持稳定航向都是靠它来完成的。同时为了不使尾桨碰到旋翼，就必须把直升飞机的机身加长，所以，直升飞机有一个像蜻蜓式的长尾巴。 三、能量方式分析。 根据能量守恒定律可知：能量既不会消失，也不会无中生有，它只能从一种形式转化成为另一种形式。在低速流动的空气中，参与转换的能量只有压力能和动能。一定质量的空气具有一定的压力，能推动物体做功；压力越大，压力能也越大；流动的空气具有动能，流速越大，动能也越大。 而空气的流速只有来自于发动机所带的螺旋桨对空气的作用，当然从这里分析能量也是守衡的。
直升机与普通飞机区别及飞行简单原理： 不可否认，直升机和飞机有些共同点。比如，都是飞行在大气层中，都重于空气，都是利用空气动力的飞行器，但直升机有诸多独有特性。 （1）直升机飞行原理和结构与飞机不同飞机靠它的固定机翼产生升力，而直升机是靠它头上的桨叶（螺旋桨）旋转产生升力。 （2）直升机的结构和飞机不同，主要由旋翼、机身、发动机、起落装置和操纵机构等部分组成。根据螺旋桨个数，分为单旋翼式、双旋翼式和多旋翼式。（3）单旋翼式直升机尾部还装有尾翼，其主要作用：抗扭，用以平衡单旋翼产生的反作用力矩和控制直升机的转弯。 （4）直升机最显眼的地方是头上窄长的大刀式的旋翼，一般由2～5片桨叶组成一副，由1～2台发动机带动，其主要作用：通过高速的旋转对大气施加向下的巨大的力，然后利用大气的反作用力（相当与直升飞机受到大气向上的力）使飞机能够平稳的悬在空中。 三、平衡分析（对单旋翼式）： （1）直升飞机的大螺旋桨旋转产生升力平衡重力。 直升飞机的桨叶大概有2—3米长，一般有5叶组成。普通飞机是靠翅膀产生升力起飞的，而直升飞机是靠螺旋桨转动，拨动空气产生升力的。直升飞机起飞时，螺旋桨越转越快，产生的升力也越来越大，当升力比飞机的重量还大时，飞机就起飞了。在飞行中飞行员调节高度时，就只要通过改变大螺旋桨旋转的速度就可以了。 （2）直升飞机的横向稳定。 因为直升飞机如果只有大螺旋桨旋，那么根据动量守衡，机身就也会旋转，因此直升飞机就必须要一个能够阻止机身旋转的装置。而飞机尾部侧面的小型螺旋桨就是起到这个作用，飞机的左转、右转或保持稳定航向都是靠它来完成的。同时为了不使尾桨碰到旋翼，就必须把直升飞机的机身加长，所以，直升飞机有一个像蜻蜓式的长尾巴。 四、能量方式分析。 根据能量守恒定律可知：能量既不会消失，也不会无中生有，它只能从一种形式转化成为另一种形式。在低速流动的空气中，参与转换的能量只有压力能和动能。一定质量的空气具有一定的压力，能推动物体做功；压力越大，压力能也越大；流动的空气具有动能，流速越大，动能也越大。 而空气的流速只有来自于发动机所带的螺旋桨对空气的作用，当然从这里分析能量也是守衡的。 直升机螺旋桨升力计算公式 一般直升机的旋翼系统是由主旋翼.尾旋翼和稳定陀螺仪组成，如国产直－8，直－9。 也有共轴反旋直升机，主旋翼是上下两层反转螺旋桨，无尾翼，如俄罗斯的卡－28。
Introduction A helicopter is an aircraft that is lifted and propelled by one or more horizontal rotors, each rotor consisting of two or more rotor blades. Helicopters are classified as rotorcraft or rotary-wing aircraft to distinguish them from fixed-wing aircraft because the helicopter derives its source of lift from the rotor blades rotating around a mast. The word “helicopter” is adapted from the French hélicoptère, coined by Gustave de Ponton d’Amécourt in 1861. It is linked to the Greek words helix/helikos (“spiral” or “turning”) and pteron (“wing”). Introduction to the Helicopter Chapter 1
Figure 1-1.Search and rescue helicopter conducting a pinnacle approach. Figure 1-2. Search and rescue helicopter landing in a confined area. As an aircraft, the primary advantages of the helicopter are due to the rotor blades that revolve through the air, providing lift without requiring the aircraft to move forward. This creates the ability of the helicopter to take off and land vertically without the need for runways. For this reason, helicopters are often used in congested or isolated areas where fixed-wing aircraft are not able to take off or land. The lift from the rotor also allows the helicopter to hover in one area and to do so more efficiently than other forms of vertical takeoff and landing aircraft, allowing it to accomplish tasks that fixed-wing aircraft are unable to perform. [Figures 1-1 and 1-2] Piloting a helicopter requires a great deal of training and skill, as well as continuous attention to the machine. The pilot must think in three dimensions and must use both arms and both legs constantly to keep the helicopter in the air. Coordination, control touch, and timing are all used simultaneously when flying a helicopter. Although helicopters were developed and built during the first half-century of flight, some even reaching limited production; it was not until 1942 that a helicopter designed by Igor Sikorsky reached full-scale production, with 131 aircraft built. Even though most previous designs used more than one main rotor, it was the single main rotor with an antitorque tail rotor configuration design that would come to be recognized worldwide as the helicopter. Turbine Age In 1951, at the urging of his contacts at the Department of the Navy, Charles H. Kaman modified his K-225 helicopter with a new kind of engine, the turbo-shaft engine. This adaptation of the turbine engine provided a large amount of horsepower to the helicopter with a lower weight penalty than piston engines, heavy engine blocks, and auxiliary components. On December 11, 1951, the K-225 became the first turbine-powered helicopter in the world. Two years later, on March 26, 1954, a modified Navy HTK-1, another Kaman helicopter, became the first twin-turbine helicopter to fly. However, it was the Sud Aviation Alouette II that would become the first helicopter to be produced with a turbine engine. Reliable helicopters capable of stable hover flight were developed decades after fixed-wing aircraft. This is largely due to higher engine power density requirements than fixed-wing aircraft. Improvements in fuels and engines during the first half of the 20th century were a critical factor in helicopter development. The availability of lightweight turbo-shaft engines in the second half of the 20th century led to the development of larger, faster, and higher-performance helicopters. The turbine engine has the following advantages over a reciprocating engine: less vibration, increased aircraft performance, reliability, and ease of operation. While smaller and less expensive helicopters still use piston engines, turboshaft engines are the preferred powerplant for helicopters today.
第六章 直升机的操纵原理
直升机不同于固定翼飞机，一般都没有在飞行中 供操纵的专用活动舵面。这是由于在小速度飞行 或悬停中，其作用也很小，因为只有当气流速度 很大时舵面或副翼才会产生足够的空气动力。单 旋翼带尾桨的直升机主要靠旋翼和尾桨进行操纵， 而双旋翼直升机靠两副旋翼来操纵。由此可见， 旋翼还起着飞机的舱面和副翼的作用。
直升机操纵原理
旋翼不仅提供升力同时也是直升机的主要操 纵面。
总距操纵杆：通过自动倾斜器改变旋翼桨叶 总距，控制直升机的升降运动。提杆，增大 总距，升力增大，直升机上升；压杆，减小 总距，直升机下降。
周期变距操纵杆：操纵周期变距操纵杆，使 自动倾斜器相应的倾斜，从而使桨叶的桨距 作每周一次的周期改变，造成旋翼拉力矢量 按相应的方向倾斜，达到控制直升机的前、 后（左、右）和俯仰（或横滚）运动。
直升机操纵原理
脚蹬：控制尾桨，实现航向操纵。 尾桨：平衡旋翼反扭矩、航向操纵。 垂尾：增加航向稳定性。 平尾：增加俯仰稳定性。
直升机操纵原理（续）
6.1 直升机操纵特点
直升机驾驶员座舱 操纵机构及配置直 升机驾驶员座舱主 要的操纵机构是： 驾驶杆(又称周期 变距杆)、脚蹬、 油门总距杆。此外 还有油门调节环、 直升机配平调整片 开关及其他手柄.
驾驶杆和脚蹬
驾驶杆位于驾驶员座椅前面，通过操纵线系与旋翼 的自动倾斜器连接。驾驶杆偏离中立位置表示：
向前——直升机低头并向前运动； 向后——直升机抬头并向后退； 向左——直升机向左倾斜并向左侧运动； 向右——直升机向右倾斜并向右侧运动。 脚蹬位于座椅前下部，对于单旋翼带尾桨的直升机
来说，驾驶员蹬脚蹬操纵尾桨变距改变尾桨推(拉) 力，对直升机实施航向操纵。
直升机飞行操控的基本原理
图 1 直升机飞行操纵系统- 概要图 （a）
（b） 图2 直升机操纵原理示意图 1.改变旋翼拉力的大小 2.改变旋翼拉力的方向 3.改变尾桨的拉力 飞行操纵系统包括周期变距操纵系统、总距操纵系统和航向操纵系统。如图2所示，周期变距操纵系统控制直升机的姿态（横滚和俯仰），总距操纵系统控制直升机的高度，航向操纵系统控制直升机的航向。 一、周期变距操纵系统 周期操纵系统用于操纵旋翼桨叶的桨距周期改变。当桨距周期改变时，引起桨叶拉力周期改变，而桨叶拉力的周期改变，又引起桨叶周期挥舞，最终使旋翼锥体相对于机身向着驾驶杆运动的方向倾斜，从而实现直升机的纵向（包括俯仰）及横向（包括横滚）运动。 纵向和横向操纵虽然都通过驾驶杆进行操纵，但二者是各自独立的。 周期变距操纵系统（见图3）包括右侧和左侧周期变距操纵杆（1）和（3）、可调摩擦装置（2）、橡胶波纹套（4）、俯仰止动件（5）、横滚连杆（7）、俯仰连杆（8）、横滚止动件及中立位置定位孔（9）、横滚拉杆（10）、横滚协调拉杆（11）、俯仰扭矩管轴组件（12）、总距拉杆（13）、与复合摇臂相连接的拉杆（14）、伺服机构（15）、伺服机构（横滚+总距）
（16）、伺服机构（俯仰+总距）（17）和可调拉杆（18）等组件。 1.右侧周期变距操纵杆3.左侧周期变距操纵杆 2.可调摩擦装置4.橡胶波纹套5.俯仰止动件6.复合摇臂 7.横滚连杆8.俯仰连杆9.横滚止动件及中立位置定位孔10.横滚拉杆11.横滚协调拉杆12.俯仰扭矩管轴组件1 3.总距拉杆1 4.与复合摇臂相连接的拉杆1 5.伺服机构1 6.伺服机构（横滚+总距）1 7.伺服机构（俯仰+总距）1 8. 可调拉杆 图 3 直升机周期变距操纵系统 （一）纵向操纵情况 当前推驾驶杆时，通过俯仰扭矩管轴组件（9）及俯仰连杆（8），使复合摇臂（6）上的纵向摇臂逆时针转动，通过其后的拉杆、摇臂，使左前侧纵向伺服机构下移，自动倾斜器固
直升机制造原理 作为一种特殊的飞行器，直升机的升力和推力均通过螺旋桨的旋转获得，这就决定了其动力和操作系统必然与各类固定机翼飞机有所不同。一般固定翼飞机的飞行原理从根本上说是对各部位机翼的状态进行调节，在机身周围制造气压差而完成各类飞行动作，并且其发动机只能提供向前的推力。但直升机的主副螺旋桨可在水平和垂直方向上对机身提供动力，这使其不需要普通飞机那样的巨大机翼，二者的区别可以说是显而易见。下面我们便对直升机的操控系统做一个简单的剖析。 操纵系统 直升机的操纵系统可分为三大部分： 踏板在直升机驾驶席的下方通常设有两块踏板，驾驶员可以通过它们对尾螺旋桨的输出功率和桨叶的倾角进行调节，这两项调整能够对机头的水平方向产生影响。 周期变距杆位于驾驶席的中前方，该手柄的控制对象为主螺旋桨下方自动倾斜器的不动环。不动环可对主螺旋桨的旋转倾角进行调整，决定机身的飞行方向。
总距杆位于驾驶席的左侧，该手柄的控制对象为主螺旋桨下方自动倾斜器的动环。动环通过对主螺旋桨的桨叶倾角进行调节来对调整动力的大小。另外，贝尔公司生产的系列直升机在总距杆上还集成有主发动机功率控制器，该控制器可根据主螺旋桨桨叶的旋转倾角自动对主发动机的输出功率进行调整。 飞行操作 升降有些读者可能会认为，直升机在垂直方向上的升降是通过改变主螺旋桨的转速来实现的。诚然，改变主螺旋桨的转速也不失为实现机体升降的方法之一，但直升机设计师们很早之前便发现，提升主螺旋桨输出功率会导致机身整体负荷加大。所以，目前流行的方法是在保持主螺旋桨转速一定的情况下依靠改变主螺旋桨桨叶的倾角来调整机身升力的大小。驾驶员可通过总距杆完成这项操作。当把总距杆向上提时，主螺旋桨的桨叶倾角增大，直升机上升；反之，直升机下降。需要保持当前高度时，一般将总距杆置于中间位置。 平移直升机最大飞行优势之一是：可以在不改变机首方向的情况下，随时向各个方向平移。这种移动是通过改变主螺旋桨的旋转倾角来实现的。当驾驶员向各个方向扳动周期变距杆时，主螺旋桨的主轴也会发生相应的倾斜。此时，主螺旋桨所产生的推力分解为垂直和水平两个方向的分力，垂直方向的分力依旧用于保持飞行高度，水平方向上的分力可使机身在该方向上产生平移。 需要指出的是，以上分析是将主螺旋桨看作一个整体而得出的。如果我们把目光投向每一片桨叶的受力情况，将呈现出更为复杂的情况。直升机螺旋桨的横截面与普通飞机机翼的横截面类似，均为头粗尾尖的纺锤型或半纺锤型。当桨叶划过空气时的切入角度发生变化时，桨叶所产生的升力也会随之改变。而在直升机主螺旋桨的旋转面偏离水平面的情况下，单片桨叶划过空气的切入角度将随着螺旋桨的转动而发生周期
目录 一、直升飞机飞行原理 (2) 1.1伯努利定理 (2) 1.2直升机与普通飞机区别及飞行简单原理： (4) 二、平衡分析（对单旋翼式） (4) 三、飞行动作受力分析 (5) 3.1垂直飞行 (5) 3.2前飞 (6) 3.2.1前飞时的受力分析 (6) 3.2.2过渡升力 (6) 3.2.3升力不对称 (6) 3.3侧飞 (7) 3.3.1、侧飞时的受力 (7) 3.4、倒飞 (8) 3.4.1倒飞时的受力 (8) 3.5、转弯 (8) 3.5.1转弯时的受力 (8) 四、攻角飞行 (9) 4.1攻角的概念 (9) 五、固定翼原理 (11) 六、固定翼机翼的受载 (12) 七、直升机与固定翼飞机的力学分析 (14)
文章编号：1000-4650 直升机与固定翼飞行状态研究 刚1 (1.学院机械工程系，，230601；) 摘要：二十世纪最重大的发明之一就是飞机；人类自古以来就梦想着能像鸟儿一样在天空 中翱翔。而两千多年前中国人发明的风筝虽然不能把人带上天空，但它也应该算飞机的鼻祖了。 现在随着科技的不断发展，飞上天空早已成为常见的事了，飞机也有直升机和固定翼飞机两种。 飞机为人类的进步与发展插上了翅膀，将人们的活动围从陆地、海洋扩展到天空，并且越飞越 高、越飞越快、越飞越远，创造了人类历史上一个又一个辉煌，并对社会生活的各个方面产生 了和正在产生着极其巨大的影响。本文对直升飞机的攻角、迎角阻力、平稳飞行力学状态进行 了分析，对固定翼飞行器的攻角飞行、飞行阻力进行分析，并用这些参数描述主要战技指标， 评价战机的优越性性。 关键词：特征参数；螺旋桨；固定翼；流体；伯努利原理；载荷 中图分类号：TU358 文献标志码：A Helicopter and fixed-wing flight status Y AO Gang (Hefei University, Hefei 230601, China) Abstract:one of the great inventions of the 20th century was the airplane;Human beings have long dreamed of flying in the sky like birds.More than two thousand years ago, a kite invented by the Chinese could not bring people to the sky, but it should also be the granddaddy of the airplane.Now, with the development of technology, flying into the sky has become commonplace, with helicopters and fixed-wing aircraft.Aircraft plug in the wings for human progress and development, to expand the activities of the people from the land, sea to the sky, and the fly higher and higher and faster, the fly far, created the human history one after another brilliant, and on every aspect of social life and is having a huge impact.In this paper, the Angle of attack of the helicopter, Angle of attack resistance, steady state of flight mechanics are analyzed, and the Angle of attack of the fixed wing aircraft flight, flight resistance is analyzed, and these parameters describe the technical indicators, evaluate the superiority of aircraft. Keywords:feature parameters;Propellers.Fixed wing;Fluid;Bernoulli principle;load 一、直升飞机飞行原理 1.1伯努利定理 直升机能飞上天的原理是什么? 要想理解它必须先理解1600年伯努利发现的"[color=Blue]伯努利原理[/color]"。如果知道了这个原理就能知道直升机升天的原理了。
浅谈直升飞机的飞行原理 作为一种特殊的飞行器，直升机的升力和推力均通过螺旋桨（主旋翼）的旋转获得，这就决定了其动力和操作系统必然与各类固定机翼飞机有所不同。一般固定翼飞机的飞行原理从根本上说是对各部位机翼的状态进行调节，在机身周围制造气压差而完成各类飞行动作，并且其发动机只能提供向前的推力。但直升机的主副螺旋桨（主旋翼与尾旋翼）可在水平和垂直方向上对机身提供动力，这使其不需要普通飞机那样的巨大机翼，二者的区别可以说是显而易见的。 一、直升机飞行的特点 (1)它能垂直起降，对起降场地要求较低； (2) 能够在空中悬停。即使直升机的发动机空中停车时，驾驶员可通过操纵旋翼使其自转，仍可产生一定升力，减缓下降趋势； (3) 可以沿任意方向飞行，但飞行速度较低，航程相对来说也较短。 二、关于直升飞机的操纵系统 直升机的操纵系统可分为三大部分： 踏板——在直升机驾驶席的下方通常设有两块踏板，驾驶员可以通过它们对尾螺旋桨的输出功率和桨叶的倾角进行调节，这两项调整能够对机头的水平方向产生影响。 周期变距杆——位于驾驶席的中前方，该手柄的控制对象为主螺旋桨下方自动倾斜器的不动环。不动环可对主螺旋桨的旋转倾角进行调整，决定机身的飞行方向。
总距杆——位于驾驶席的左侧，该手柄的控制对象为主螺旋桨下方自动倾斜器的动环。动环通过对主螺旋桨的桨叶倾角进行调节来对调整动力的大小。另外，贝尔公司生产的系列直升机在总距杆上还集成有主发动机功率控制器，该控制器可根据主螺旋桨桨叶的旋转倾角自动对主发动机的输出功率进行调整。 三、关于直升飞机的飞行操作 升降——很多人认为，直升机在垂直方向上的升降是通过改变主螺旋桨的转速来实现的。当然，改变主螺旋桨的转速也不失为实现机体升降的方法之一，但直升机设计师们很早之前便发现，提升主螺旋桨输出功率会导致机身整体负荷加大。所以，目前流行的方法是在保持主螺旋桨转速一定的情况下依靠改变主螺旋桨桨叶的倾角来调整机身升力的大小。驾驶员可通过总距杆完成这项操作。当把总距杆向上提时，主螺旋桨的桨叶倾角增大，直升机上升；反之，直升机下降。需要保持当前高度时，一般将总距杆置于中间位置。 平移——直升机最大飞行优势之一是：可以在不改变机首方向的情况下，随时向各个方向平移。这种移动是通过改变主螺旋桨的旋转倾角来实现的。当驾驶员向各个方向扳动周期变距杆时，主螺旋桨的主轴也会发生相应的倾斜。此时，主螺旋桨所产生的推力分解为垂直和水平两个方向的分力，垂直方向的分力依旧用于保持飞行高度，水平方向上的分力可使机身在该方向上产生平移。 旋转这个功能是通过直升机的尾螺旋桨来完成的。对于只装有一具主螺旋桨的直升机来说，如果把机身和主螺旋桨看作一对施力
直升机与旋翼机的飞行原理 直升机的飞行原理 1. 概况 与普通飞机相比，直升机不仅在外形上，而且在飞行原理上都有所不同。一般来讲它没有固定的机翼和尾翼，主要靠旋翼来产生气动力。这里所说的气动力既包括使机体悬停和举升的升力，也包括使机体向前后左右各个方向运动的驱动力。直升机旋翼的桨叶剖面由翼型构成，叶片平面形状细长，相当于一个大展弦比的梯形机翼，当它以一定迎角和速度相对于空气运动时，就产生了气动力。桨叶片的数量随着直升机的起飞重量而有所不同。重型直升机的起飞重量在20t 以上，桨叶的数目通常为六片左右；而轻、小型直升机，起飞重量在 1.5t 以下，一般只有两片桨叶。 直升机飞行的特点是： (1) 它能垂直起降，对起降场地要求较低； (2) 能够在空中悬停。即使直升机的发动机空中停车时，驾驶员可通过操纵旋翼使其自转，仍可产生一定升力，减缓下降趋势； (3) 可以沿任意方向飞行，但飞行速度较低，航程相对来说也较短。 2. 直升机旋翼的工作原理 直升机旋翼绕旋翼转轴旋转时，每个叶片的工作类同于一个机翼。旋翼的截面形状是一个翼型，如图2.5.1所示。翼型弦线与垂直于桨毂旋转轴平面(称为桨毂 旋转平面)之间的夹角称为桨叶的安装角，以?表示，有时简称安装角或桨距。各片桨叶的桨距的平均值称为旋翼的总距。驾驶员通过直升机的操纵系统可以改变旋翼的总距和各片桨叶的桨距，根据不同的飞行状态，总距的变化范围约为2o~14o。 气流V 与翼弦之间的夹角即为该剖面的迎角α。显然，沿半径方向每段叶片上产生的空气动力在桨轴方向上的分量将提供悬停时需要的升力；在旋转平面上的分量产生的阻力将由发动机所提供的功率来克服。 旋翼旋转时将产生一个反作用力矩，使直升机机身向旋翼旋转的反方向旋转。前面提到过，为了克服飞行力矩，产生了多种不同的结构形式，如单桨式、共轴式、横列式、纵列式、多桨式等。对于最常见的单桨式，需要靠尾桨旋转产生的拉力来平衡反作用力矩，维持机头的方向。使用脚蹬来调节尾桨的桨距，使尾桨拉力变大或变小，从而改变平衡力矩的大小，实现直升机机头转向(转弯)操纵。 图2.5.1 直升机的旋翼 (a) (b)
直升机结构图解 之一……机身结构图 转自铁血社区ttp://bb https://www.doczj.com/doc/b214236975.html,/ 图解直升机的结构之二……机身机体用来支持和固定直升机部件、系统，把它们连接成一个整体，并用来装载人员、物资和设备，使直升机满足既定技术要求。机体是直升机的重要部件。下图为UH—60A直升机的机身分段图。 机体外形对直升机飞行性能、操纵性和稳定性有重要影响。 在使用过程中，机体除承受各种装载传来的负荷外，还承受动部件、武器发射和货物吊装传来的动负荷。这些载荷是通过接头传来的。为了装卸货物及安装设备，机身上要设计很多舱门和开口，这样就使机体结构复杂化。 旋翼、尾桨传给机体的交变载荷，引起机身结构振动，影响乘员的舒适性及结构的疲劳寿命。因此，在设计机身结构时，必须采取措施来降低直升机机体的振动水平。 军用直升机机体结构应该有耐弹击损伤和抗坠撞的能力。近年来，复合材料日益广泛地应用于机身结构，与铝合金相比较，它的比强度、比刚度高，可以大大减轻结构重量，而且破损安全性能好，成型工艺简单，所以受到人
们的普遍重视。例如波音360直升机由于采用了复合材料结构新技术以及先进气动、振动和飞行控制技术，可使巡航速度增加35％，有效载荷增加1296，生产效率提高50％。 转自铁血社区ttp://bb https://www.doczj.com/doc/b214236975.html,/ 之三……发动机直升机的动力装置大体上分为两类，即航空活塞式发动机和航空涡轮轴发动机。在直升机发展初期，均采用技术上比较成熟的航空活塞式发动机作为直升机的动力装置。但由于其振动大，功率质量比和功率体积比小、控制复杂等许多问题，人们就利用已经发展起来的涡轮喷气技术寻求性能优良的直升机动力装置，从而研制成功直升机用涡轮铀发动机。 实践证明，涡轮轴发动机较活塞式发动机更能适合直升机的飞行特点。当今世界上，除部分小型直升机还在使用活塞式发动机外，涡轮轴发动机已成为直升机动力装置的主要形式。 航空涡轮轴发动机 航空涡轮轴发动机，或简称为涡铀发动机，是一种输出轴功率的涡轮喷气发动机。法国是最先研制涡轴发动机的国家。50年代初，透博梅卡公司研制成一种只有一级离心式叶轮压气机、两级涡轮的单转于、输出轴功率的直升机用发动机，功率达到了206kW(280hp)，成为世界上第一台直升机用航空涡轮轴发动机，定名为“阿都斯特—l”(Art ouste—1)。首先装用这种发动机的直升机是美国贝尔直升机公司生产的Bell 47(编号为XH—13F)，于1954年进行了首飞。 涡轴发动机自从问世近40年来，产品不断改进发展，结构、性能一代比一代好，型号不断推陈出新。据不完全统计，世界上直升机用航空涡轴发动机，经历了四代发展时期，输出轴功率从几十千瓦到数千千瓦，大大小小约有二十几个发展系列。 西方典型的四代航空涡轴发动机
旋翼的空气动力特点 直升机是一种由一个或多个水平旋转的旋翼提供向上升力和推进力而进行飞行的航空器。直升机具有大多数固定翼航空器所不具备的垂直升降、悬停、小速度向前或向后飞行的特点。这些特点使得直升机在很多场合大显身手。直升机与飞机相比，其弱点是速度低、耗油量较高、航程较短。 (1)产生向上的升力用来克服直升机的重力。 即使直升机的发动机空中停车时， 驾驶员可通过 操纵旋翼使其自转，仍可产生一定升 力，减缓直升机下降趋势。 (2)产生向前的水平分力克服空气阻 力使直升机前进，类似于飞机上推进器的作用(例 如螺旋桨 或喷气发动机)。 (3)产生其他分力及力矩对直升机； 进行控制或机动飞行，类似于飞机上各操纵面的作用。 旋 翼由数片桨叶及一个桨毂组成。工作时，桨叶与空气作相对 运动，产生空气动力；桨毂则是用来连接 桨叶和旋翼轴，以转动旋翼。桨叶一般通过铰接方式与桨毂连接(如下图所示)。 旋翼的运动与固定翼飞机机翼的不，因为旋翼的桨叶除了随直升机一同作直线或曲线动外，还要绕旋翼轴旋转，因此桨叶空气动力现象要比机翼的复杂得多。 先来考察一下旋翼的轴向直线运动这就是直升机垂直飞行时旋翼工作的情况，它相当于飞机上螺旋桨的情况。由于两者技术要求不同，旋翼的直径大且转速小；螺旋桨的直径小而转速大。在分析、设计上就有所区别设一旋冀，桨叶片数为k，以恒定角速度Ω 绕轴旋转，并以速度 Vo沿旋转轴作直线运 动。如果在想象中用一中心轴线与旋翼轴重合，而半径为 r的圆柱面把桨叶裁开(参阅图 2，1—3)，并将这圆柱面展开成平面，就得到桨叶剖面。 既然这时桨叶包括旋转运动和直线运动，对于
叶剖面来说，应有用向速度 (等于Ωr)和垂直于旋转平面的速度(等于 Vo)， 而合速度是两者的矢量和。显然可以看出(如图2．1—3)，用不同半径的圆柱面所截出来的各个桨叶剖面，他们的合速度是不同的： 大小不同，方向也不相同。如果再考虑到由于桨叶 运动所激起的附加气流速度(诱导速度) )，那么桨叶各个剖面与空气之间的相对速度就更加 不同。与机翼相比较，这就是桨叶工作 条件复杂，对它的分析比较麻烦的原因所在。 旋翼拉力产生的滑流理论 现以直升机处于垂直上升状态为例，应用滑流理论说明 旋翼拉力产生的原因。此时，将流过旋翼的空气，或正 确地说，受到旋翼作用的气流，整个地看做一根光滑流 管加以单独处理。假设： 空气是理想流体，没有粘性，也不可压缩； 旋转着的旋冀是一个均匀作用于空 气的无限薄的圆盘(即桨盘)，流过桨盘的气流速度 在桨盘处各点为一常数； 气流流过旋翼没有扭转(即不考虑 旋翼的旋转影响)，在正常飞行中，滑流没有周期性的变化。 根据以上假设可以作出描述旋翼在： 垂直上升状态下滑流的物理图像，如下图所示，图中选取三个滑流截面， So、 S1和 S2，在 So面，气流速度就是直升机垂直上升速度 Vo，压强为大气压Po，在 S1的上面， 气流速度增加到V1= Vo+v1，压强为P1上，在S1 的下面，由于流动是连续的，所以速度 仍是 V1，但压强有了突跃Pl下＞P1上，P1下一P1上即旋翼向上的拉力。在S2面，气流速度继续增加至V2=Vo+v2，压强恢复到大气压强Po。