旋翼机总体设计的几个问题

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1、旋翼机总体设计的几个问题摘要：结合自转旋翼特性及旋翼机设计的独特性，在直升机空气动力学和飞行动力学原理的基础上修改并建立了计算模型，解决了旋翼机气动布局、总体参数及旋翼设计等方面的难题。旋翼机的旋翼依靠前方来流吹动始终处于自转状态，因而一旦发动机空中停车，可以直接依靠旋翼自转着陆，而直升机旋翼还需要一个转入自转的过程，所以旋翼机没有直升机的低速回避区，安全性更好。旋翼机由于其旋翼自转，没有自发动机至旋翼的减速和传动装置，也不需要平衡旋翼反扭矩的尾桨，因而结构大大简化。现代自转旋翼飞行器采用旋翼预转技术，起飞前通过简单传动装置将

2、旋翼预先驱转，然后通过离合器切断传动链路后起飞，使得它可以跳跃式或超短距起飞（起飞距离0～30m）；自转旋翼飞行器降落时，通过操纵旋翼锥体后倾，可实现点式着陆，不需要专用机场。因而近十几年来，旋翼机再次成为航空领域关注的热点。一、总体参数、布局及飞行性能1.参数确定旋翼机总体设计参数包括总重Gw、使用载荷Guse、旋翼半径R、旋翼桨尖速度ΩR、旋翼桨叶弦长b、桨盘载荷p、旋翼实度σ、功率载荷q、螺旋桨桨叶半径Rp和螺旋桨桨尖速度ωRp等。根据对已有旋翼机参数的归纳总结，目前使用中的旋翼机大多是小型或轻型的，重量比（空机与总重之

3、比）约0.6。设计任务可以确定总重Gw，也可以确定使用载荷Guse，知道二者之一，便可以求出另一者。为了拥有好的性能，例如停车下降率约为5m/s，一般要求功率载荷q小于4.5kg/hp（59.2N/kw）,桨盘载荷p小于12kg/m2。桨叶片数k可以参考直升机方法确定，目前大多旋翼机采用两片桨叶，安装在跷跷板式桨毂上。典型两片桨叶旋翼，取实度σ为0.034～0.040。如果实度取稍大值，则桨叶挥舞增加，性能改善不多，故一般都取偏小值。由式（1）可以确定旋翼桨叶弦长b，若需要跳飞，预转旋翼桨尖速度要增大至1.5倍左右。螺旋桨直径

4、根据发动机转速来确定，大的直径对爬升率和低速推力很重要，但是如果取得过大，则全机尺寸高，停放不易。螺旋桨一般与发动机输出轴直接连接，所以螺旋桨转速rpm就是发动机轴转速，螺旋桨桨尖速度ωRp和旋翼机前飞速度的合速度一般不超过声速的90%，目前常用的旋翼机螺旋桨桨尖速度（ωRp）max≤290m/s。知道发动机转速后，即可确定螺旋桨桨叶直径。轻小型旋翼机总距角θ一般是固定的，中大型旋翼机的θ也不用经常操纵。θ增加，则最小飞行速度减小，最大飞行速度增加，可用功率增加，但预转较费力，一般θ取3°～5°较理想。旋翼轴后倒角一般取-3°

5、～-12°，取偏小值性能略有改善，但是对跳飞不利。中心铰旋翼要有预锥角，一般约2°~4°。2.性能总体参数与气动、动力学、结构重量、噪声及操稳特性等有密切关系。选取这些参数很繁杂，甚至相互矛盾，如果条件具备，旋翼机也可以像直升机总体参数优化设计一样来优化各参数。旋翼机桨盘载荷p对前飞最大速度Vmax影响很小，但对最小速度Vmin影响很大,p减小，Vmin减小，经济速度、有利速度增大。功率载荷q对Vmin影响较小，对Vmax等影响很大，q减小，Vmax增加，不影响最大航程。实度σ减小，Vmax随之减小，低速段需用功率也减小，所以

6、可用功率增加；增大σ对跳飞有利，对预转速度rpm要求较低。3.布局与部件旋翼机的最基本的部件是机身、发动机、旋翼系统、螺旋桨、尾面以及起落架。为了改善性能，如提高飞行速度等，还可以选择机翼等部件。机身是所有其他部件的连接件，结构可以是焊接管、金属片、复合材料、单管栓接或混合结构方式，最大强度重量比的机身是碳纤维材料或焊接管结构。发动机在飞行中提供独立于旋翼系统的前飞动力，在地面则可以提供旋翼桨叶预转的动力。随着旋翼机的发展，可用于旋翼机的发动机种类也越来越多。车用、船用、航空发动机都可以用于以娱乐、体育爱好为目的研制的旋翼机，

7、而需要取得适航证的旋翼机必须安装权威管理机构认证的发动机。发动机可以是活塞式也可以是涡轮式。旋翼系统主要给旋翼机提供升力和操纵，常用的是全铰接式、半刚性跷跷板式。因不需反扭矩装置，现代旋翼机的主要型式是单一的旋翼。目前旋翼机惯用2片或3片桨叶，广泛应用于直升机的负扭度桨叶对旋翼机来讲，并没有多大优势，所以旋翼机上常用无扭转或正扭转桨叶。个人自制的小型旋翼机常常使用可以连同桨毂桨叶一起扳动倾转的旋翼系统，也可以使用带总距操纵来改变旋翼桨叶俯仰角的旋翼系统。如果桨叶带总距操纵且具有足够的惯量，旋翼机跳飞就有可能实现。旋翼机的螺旋桨

8、可以是拉进式也可以是推进式，也就是说，螺旋桨可以安装在机身头部，也可以安装在尾部。早期的旋翼机是由螺旋桨拉进式固定翼飞机改装而成，用旋翼替代固定机翼或者固定机翼与旋翼复合使用。推进式布局避免了方向舵和平尾位于螺旋桨滑流中，具有更好的操纵性，飞行员也有更好的视野。但是在总体设计