本教材為《直升機(jī)空氣動力學(xué)與性能》，由經(jīng)驗豐富的授課教師在進(jìn)行教學(xué)實踐的基礎(chǔ)上，適應(yīng)當(dāng)前國內(nèi)教學(xué)改革的需要，結(jié)合直升機(jī)運行實踐的經(jīng)驗編寫而成。本書作為航空器制造專業(yè)（直升機(jī)）方向的專業(yè)課程教材，以微積分、線性代數(shù)以及物理課的力學(xué)部分為基礎(chǔ)，重點介紹直升機(jī)低速、高度空氣動力學(xué)的基本原理，運行實踐中直升機(jī)運行性能基本研究方法。本教材可作為高等院校直升機(jī)飛行、維修、運行等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)教材，也可供有關(guān)技術(shù)人員作為自學(xué)用書。
《直升機(jī)空氣動力學(xué)與性能》是一本面向航空航天工程專業(yè)(直升機(jī)維修工程專業(yè)方向)的教材。在本教材的編寫過程中，參考、吸收了國內(nèi)外同類教材的優(yōu)點，把握民航直升機(jī)維修保障人員需要掌握的直升機(jī)知識主線，著重從物理概念的角度講清楚基本原理，為以后實際工作應(yīng)用打下基礎(chǔ)。本書難易適當(dāng)，可作為直升機(jī)維修工程專業(yè)方向?qū)W生的教材，也可供直升機(jī)駕駛員等其他從業(yè)人員參考。
本書共9章，第1章緒論，介紹了直升機(jī)的概念、直升機(jī)的發(fā)展歷史、直升機(jī)分類，并簡要介紹了直升機(jī)的組成。第2章
空氣動力學(xué)基礎(chǔ)，首先介紹了空氣動力學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)理論，包括連續(xù)介質(zhì)假設(shè)、空氣的基本物理性質(zhì)、流體模型化以及國際標(biāo)準(zhǔn)大氣的概念，然后在此基礎(chǔ)上通過對流體微團(tuán)運動分析，引出空氣動力學(xué)基本方程，包括質(zhì)量方程、動量方程以及能量方程。第3章是低速空氣動力學(xué)，主要介紹機(jī)翼形狀、相對氣流與迎角的概念，進(jìn)而介紹槳葉升力、阻力的產(chǎn)生，升阻比以及極曲線的概念。第4章是高速空氣動力學(xué)，包括熱力學(xué)基礎(chǔ)知識、高速空氣動力學(xué)基礎(chǔ)理論和翼型的高速空氣動力特性
。第5章是旋翼空氣動力學(xué)，首先介紹直升機(jī)的旋翼系統(tǒng)，然后介紹旋翼拉力的產(chǎn)生、拉力公式和拉力方向，最后介紹槳葉的揮舞運動和旋翼錐體的傾斜以及槳葉的擺振運動。第6章從直升機(jī)的平衡、穩(wěn)定性和操縱性三方面介紹直升機(jī)的基本特性。第7章是直升機(jī)的基本機(jī)動飛行，包括平飛、上升、下降、垂直飛行、盤旋、起飛、著陸以及風(fēng)對滑行、接地飛行及著陸的影響，主要介紹各飛行狀態(tài)對應(yīng)的運動方程、基本性能和操縱原理。第8章為直升機(jī)的特殊飛行狀態(tài)，主要介紹直升機(jī)自轉(zhuǎn)下滑、旋翼失速、渦環(huán)狀態(tài)、地面共振、尾槳失效、動態(tài)翻滾等內(nèi)容。第9章為重量與平衡，主要介紹直升機(jī)重心位置的確定原理以及計算方法。
在本教材編寫過程中，編者得到了
中國民用航空飛行學(xué)院
劉小磊老師、中國民航局飛行標(biāo)準(zhǔn)司陳曦光處長
的傾力幫助以及中國民用航空飛行學(xué)院飛行技術(shù)學(xué)院飛行力學(xué)教研室的大力支持，并參閱了許多學(xué)者的著作，在此深表感謝。
由于編者的水平和時間有限，參考資料不足，在本教材的編寫中難免有疏漏和不妥之處，懇請廣大讀者批評指正。
作者2023.9
第1章緒論
1.1直升機(jī)的概念
1.2直升機(jī)的發(fā)展
1.3直升機(jī)的分類
1.3.1按起飛重量分類
1.3.2按用途分類
1.3.3按結(jié)構(gòu)形式分類
1.4直升機(jī)的基本組成
1.4.1旋翼系統(tǒng)
1.4.2反扭矩系統(tǒng)
1.4.3動力裝置
1.4.4傳動系統(tǒng)
1.4.5操縱系統(tǒng)
1.4.6起落裝置
1.4.7機(jī)身
習(xí)題1
第2章空氣動力學(xué)基礎(chǔ)
2.1空氣動力學(xué)基礎(chǔ)知識
2.1.1連續(xù)介質(zhì)假設(shè)
2.1.2空氣的物理性質(zhì)
2.1.3流體模型化
2.1.4國際標(biāo)準(zhǔn)大氣
2.2空氣動力學(xué)和運動學(xué)基礎(chǔ)
2.2.1流場
2.2.2流體微團(tuán)運動分析
2.3一維定常流動的基本方程
2.3.1一維定常流動質(zhì)量方程
2.3.2一維定常流動動量方程
2.3.3一維定常流動能量方程
習(xí)題2
第3章低速空氣動力學(xué)
3.1機(jī)翼形狀
3.1.1機(jī)翼的剖面形狀
3.1.2機(jī)翼的平面形狀
3.2相對氣流和迎角
3.2.1相對氣流
3.2.2迎角
3.3升力
3.3.1升力產(chǎn)生的基本原理
3.3.2壓力分布的表示方法
3.3.3升力公式
3.3.4升力特性
3.4阻力
3.4.1附面層
3.4.2氣動阻力的基本形成
3.4.3直升機(jī)的阻力分類
3.4.4阻力公式
3.4.5阻力特性
3.5升阻比和極曲線
3.5.1升阻比
3.5.2性質(zhì)角
3.5.3極曲線
習(xí)題3
第4章高速空氣動力學(xué)
4.1熱力學(xué)的基礎(chǔ)知識
4.1.1完全氣體假設(shè)和狀態(tài)方程
4.1.2內(nèi)能和焓
4.1.3熱力學(xué)第一定律
4.1.4熱力學(xué)第二定律
4.2高速氣流特性
4.2.1空氣的壓縮性
4.2.2馬赫數(shù)及其物理意義
4.3高速定常一維流動
4.3.1一維定常絕熱流的連續(xù)性方程
4.3.2一維定常絕熱流的能量方程
4.3.3一維定常絕熱流各氣流參數(shù)間的關(guān)系
4.4激波和膨脹波
4.4.1擾動的概念
4.4.2弱擾動的傳播
4.4.3激波的基本概念
4.4.4膨脹波的基本概念
4.4.5高速附面層
4.4.6激波阻力
4.5翼型的高速空氣動力特性
4.5.1翼型的亞聲速空氣動力特性
4.5.2翼型的跨聲速空氣動力特性
習(xí)題4
第5章旋翼空氣動力學(xué)
5.1直升機(jī)的旋翼系統(tǒng)
5.1.1旋翼的結(jié)構(gòu)形式
5.1.2旋翼的幾何參數(shù)
5.1.3旋翼和槳葉的工作狀態(tài)參數(shù)
5.2旋翼的拉力
5.2.1旋翼拉力的產(chǎn)生(葉素觀點)
5.2.2旋翼拉力的產(chǎn)生(動量觀點)滑流理論
5.2.3旋翼的拉力公式
5.2.4旋翼的拉力方向
5.3槳葉的揮舞運動和旋翼錐體的傾斜
5.3.1前飛時旋翼相對氣流的不對稱性
5.3.2槳葉的自然揮舞運動和受力平衡
5.3.3前飛中旋翼錐體的傾斜
5.4槳葉的擺振運動
習(xí)題5
第6章直升機(jī)的平衡、穩(wěn)定性和操縱性
6.1直升機(jī)的重心和機(jī)體軸系
6.2直升機(jī)的平衡
6.2.1直升機(jī)的俯仰平衡
6.2.2直升機(jī)的方向平衡
6.2.3直升機(jī)的橫側(cè)平衡
6.2.4重心對平衡的影響
6.3直升機(jī)的穩(wěn)定性
6.3.1直升機(jī)前飛中的穩(wěn)定性
6.3.2直升機(jī)懸停時的穩(wěn)定性
6.4直升機(jī)的操縱性
6.4.1直升機(jī)主要操縱機(jī)構(gòu)及工作原理
6.4.2操縱直升機(jī)的基本原理和方法
6.4.3評定操縱性的主要參數(shù)
6.4.4直升機(jī)的操縱特點
習(xí)題6
第7章直升機(jī)的基本機(jī)動飛行
7.1平飛
7.1.1平飛的受力平衡
7.1.2平飛功率曲線
7.1.3平飛性能
7.1.4平飛性能的影響因素
7.1.5直升機(jī)最大飛行速度的限制
7.1.6飛行包線
7.1.7平飛的操縱原理
7.1.8巡航性能
7.2上升
7.2.1上升的受力平衡
7.2.2上升性能
7.2.3上升性能的影響因素
7.2.4上升的操縱原理
7.2.5上升性能圖表
7.3下降
7.3.1下降的受力平衡
7.3.2下降性能
7.3.3下降性能的影響因素
7.3.4下降的操縱原理
7.4垂直飛行
7.4.1懸停
7.4.2垂直上升
7.4.3垂直下降
7.5盤旋
7.5.1盤旋的受力平衡
7.5.2載荷因數(shù)
7.5.3盤旋性能參數(shù)
7.5.4盤旋的操縱原理
7.5.5直升機(jī)左、右盤旋的特點
7.5.6側(cè)滑及其影響
7.6起飛
7.6.1垂直起飛和增速
7.6.2滑跑起飛
7.6.3影響起飛載重量的主要因素
7.7著陸
7.7.1著陸目測
7.7.2垂直著陸
7.7.3滑跑著陸
7.8風(fēng)對滑行、接地飛行及著陸的影響
7.8.1風(fēng)對滑行的影響
7.8.2風(fēng)對接近地面飛行的影響
7.8.3風(fēng)對著陸目測的影響
習(xí)題7
第8章直升機(jī)的特殊飛行狀態(tài)
8.1自轉(zhuǎn)下滑
8.1.1旋翼自轉(zhuǎn)的產(chǎn)生
8.1.2槳葉安裝角、槳葉迎角同旋翼自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的關(guān)系
8.1.3旋翼自轉(zhuǎn)下滑時槳葉空氣動力隨方位角的變化特點
8.1.4旋翼自轉(zhuǎn)下滑的下降率與前飛速度的關(guān)系
8.1.5旋翼自轉(zhuǎn)下滑時的平衡
8.1.6旋翼自轉(zhuǎn)下滑的訓(xùn)練飛行
8.1.7直升機(jī)旋翼自轉(zhuǎn)下滑的性能
8.2旋翼失速
8.2.1后行槳葉失速
8.2.2旋翼轉(zhuǎn)速低和槳葉失速
8.3渦環(huán)狀態(tài)
8.3.1渦環(huán)形成的原因
8.3.2渦環(huán)對直升機(jī)飛行性能的影響
8.3.3渦環(huán)預(yù)防和改出
8.3.4關(guān)于尾槳的渦環(huán)狀態(tài)
8.4地面共振
8.4.1地面共振產(chǎn)生的原因
8.4.2如何避免地面共振
8.4.3發(fā)生地面共振時的處置
8.4.4注意事項
8.5尾槳失效
8.5.1風(fēng)對尾槳效率的影響
8.5.2高空尾槳失效
8.5.3尾槳失效的改出技巧
8.6動態(tài)翻滾
8.6.1臨界條件
8.6.2駕駛桿配平
8.6.3正常起飛和著陸
8.6.4斜坡起飛和著陸
8.6.5槳距的使用
8.6.6預(yù)防措施
習(xí)題8
第9章重量與平衡
9.1重量與平衡相關(guān)術(shù)語
9.1.1重量和重心
9.1.2基準(zhǔn)
9.1.3力臂與力矩
9.1.4重量組成與限制
9.2重量與平衡原理
9.2.1合力矩定理
9.2.2利用合力矩定理計算重心
9.2.3裝載移動、增減后重心位置的確定
9.3典型直升機(jī)的重量與平衡計算
9.3.1計算法
9.3.2裝載圖表法
9.3.3混合法
習(xí)題9
參考文獻(xiàn)
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