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[技术] 空气动力学Aerodynamics(直升机)

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发表于 2007-7-26 14:45:13 | 显示全部楼层 |阅读模式

空气动力学Aerodynamics
       空气动力学, 就咁听都知道唔係"野少", 就算读书都有"排"读, 因為真的有许多学问和技术在内, 我这裡只是题及一些有关直昇机的基本理论, 况且我们并不须要知道它是如何来应用在穿梭机, 高楼大厦, 超级跑车, 甚至简单到点样跑步可以跑快些...
                       简单地说, 空气动力学是指一件物体在空气裡运转时, 空气与该物体会產生甚麼样的影响, 裡面是包括了三项不同关係, 那便是"地球大气", "相对风"和"各项飞机研究", 而"飞机研究"便是指飞行物体在空气中运转时所受到的影响和所有关於影响下发生的现象, 从而找出不同的方案去解决一些物体如何在空气裡飞行, 例如怎样减低风阻, 如何增加"升力"等.
                       须然非常广泛, 在这裡希望可以简略解说, 有以下几项:
1)

空气动力学Aerodynamics(直升机)

空气动力学Aerodynamics(直升机)

翼形   
2)

空气动力学Aerodynamics(直升机)

空气动力学Aerodynamics(直升机)

地面效应  
3)

空气动力学Aerodynamics(直升机)

空气动力学Aerodynamics(直升机)

Compressibility effects压缩效应  
4)

空气动力学Aerodynamics(直升机)

空气动力学Aerodynamics(直升机)

Ground Resonance地面共震   
5)

空气动力学Aerodynamics(直升机)

空气动力学Aerodynamics(直升机)

Dissymmetry of lift不均匀升力
够啦! 够啦! 实在太多了, 你地也不须估我在那裡找出来, 因為实在太多有关的书籍有记载, 这裡只是部份我记得和对於我们的直昇机飞行有帮助, 当然如果有须要, 还有更多的以往所学习到的理论也可以和大家在这裡分享和讨论.

1)翼形
           像是很简单的, 但不可不题, 如果唔係, 那些厂家又為何要"抄"尽脑汁去模仿一些真机翼形设计, 你又知唔知某著名欧洲模型直昇机桨其设计师跟本就是设计真直昇机翼, 所以他的大桨又怎麼不会胜过别人呢! 拋开一些古灵精怪的桨翼, 归根究底, 翼形都只是两大类, 它们是分别有" 对称" 和"不对称"式两大类, 在这篇裡我先偷步介绍"Bernoulli's Principle"原理, 对不起! 都唔知中文叫甚麼, 又唔想是但作一个名比佢, 但它又有个比较学术性些名字, 叫做"汶氏管效应"或"伯老尼流体定理"(译名可能有异), 是关於当空气流经汶氏管时, 空气因受到阻力, 其流动速度增加, 但是所受压力减低, 我们的直昇机在飞行时的上升力是由大桨產生, 因為当空气流经翼面上较大的弧形部份时, 空气流动速度增加, 但是所受压力减低, 便產生汶氏管效应, 但也在同一时间, 空气也流经大桨的翼下, 这时侯, 空气流动速度减慢, 但是所受压力增加, 形成大桨上下有"压力差距", 咁就產生"升力"了.
对称翼 上下弧面相等, 製造较容易, 压力中心距离移动少, 较稳定, 所以用佢来做"倒吸/反飞"都得.
不对称翼 翼上弧面度大过翼下, 压力中心距离移动大, 所以升力也大, 即係话好浮力, 初学或用来玩"scale"像真机最好.
                    我们在飞行前, 必须调教Pitch angle与引擎的关係,  这也代表必须改变"压力中心", "压力中心"即係话它把所有空气动力集中在这一点,  当它角度改变了大时, 升力也增大.
                     "相对风", 只不过是指空气向"翼前"的流动气流, 当翼向前进时, 流动气流便以相反方向前进.
                     "攻角"一个比较佰生的名字, 很多直昇机友只知Pitch angle有几重要, 例如经常利用Pitch angle来改变Rotorhead的转数, 但"攻角"也极為重要, 它是指翼与"相对风"所形成的角度, 它们的关係有以下两点,
(1)在固定"攻角"角度时, 当空气流动速度增加, 上升力也增加
(2)在固定空气流动速度时, "攻角"角度增大, 上升力也增大
                     不过"米"以為係咁增加角度, 咁就可以有较大升力, 话须如此,("攻角"角度增大, 上升力也增大), 不过当它的角度增加至超过一定时, 便会有危险, 又有甚麼危险! "失速", 够大未! 点解会有这现象出现? 原因是当"攻角"角度增大至超越很定, 空气在翼面上流动时, 因為不能以正常均匀流过, 便会產生"扰乱气流", 造成失速状况, 都重係唔明, 跨张些说明, 例如如果你对大桨最大的Pitch angle是正11度, 而改变到几乎垂直, 你想佢飞都好难....係未?
                      讲开又讲, 其实如果较為合适多用途模型直昇机飞行, 最好当然是在对称和不对称中间, 咁又即係点呀? "半对称"是也, 它上翼面曲线与对称翼相似, 但下翼面便是介於两者中间, 这种设计对於浮力, 相对风, 升力和压力中心都有较為平均的表现, 也是不错的翼形.

 楼主| 发表于 2007-7-26 14:46:25 | 显示全部楼层

Re:空气动力学Aerodynamics(直升机)

地面效应Ground effect



                             当你架直昇机距离地面大约在一隻桨的高度时, 地面效应便随之而起, 换言之即是你如果飞紧550mm桨, 你架机的地面效应距离约550mm左右, 係未好易记呢! 紧係啦...我花了很久才找出这方法, 咁地面效应又点样產生? 当大桨旋转时, 把空气从上面抽向下面, 这时候如果大桨与地面高度接近大桨旋转时的直径一半, 因大桨与地面的空气密度增加, 便会好似形成一个空气垫"咕笋", 这样便称為地面效应, 它也可分為以下两种.
In ground effect地面效应"以内": 机体很接近地面悬浮, 而產生高密度空气"咕笋", 即使攻角减少, 也可获得较正常為高的升力, 因為这时空气阻力也少, 翼后方的下降气流角度同时也减少, 所需求的引擎马力也相继减少, 况且当正在向下抽的气流碰到地面时,  空气便向地面四散和反射, 翼尖的空气旋涡也因此而减少, 另大桨在旋转时的直径较外的部份, 也能充分发挥, 在这样的环境下, 地面效应便能承载机体了.
Out of ground effect地面效应"以外": 机体离地面很高悬浮, 所以不能达到内地面效应标準, 即是也无法產生空气"咕笋"效应, 这样便引至正在旋转紧的大桨翼尖產生很大的空气旋涡, 另大桨在旋转时的直径较外的部份的上升力减少, 以我们飞紧的两瓣桨為例, 把它们分成A桨和B桨, A桨刚產生的空气旋涡, 会随即影响B桨的升力, 如此互相影响下(因它们是不停的旋转, 像是A桨是B桨的前面, 但也是B桨的后面), 因為要保持一定的升力, 唯有增加pitch angle, 这样便引至阻力和翼后的气流角度也增大, 最后只有增加引擎马力来维持以上的需求.
                              讲到这裡, 大家可能开始明白, 关於我们成日"篤"引擎马力throttle curve与pitch curve, 点解有时总是不能尽量发挥, 有时还会有"load"死"计"现象, 不过这裡我还是想继续讲ground effect, 在平坦地面上悬浮更能比在草地和水面上稳定, 但如果想做autorotation, 还是飞高些较為安全一点, 為何? 留在以后写Autorotation时才解说吧! 很多"初心者"即係初学者, 最初都是未能掌握到如何控制和保持机体与地面的高度, 往往只留住在大概两呎的高度悬浮, 这样便正正与地面效应来一个捉迷藏式操控, 因此时候的机体就像"气垫球"或"气垫船"一样, 如果机体继续保持这样高度, 体体必然会有自由漂浮的动作, 当机体漂移至较"远/近"初学者, 又或者机体开始失去平衡, 加上初学者对於未能掌握"人机合一", 便使到机体因得不到稳定的升力和拉力, 再因油门和pitch未能和谐协调, 机体便不断的上升和下降, 形成所谓"青娃跳"状况...

 楼主| 发表于 2007-7-26 14:46:59 | 显示全部楼层

Re:空气动力学Aerodynamics(直升机)


压缩效应Compressibility effects


很难去说明甚麼叫"压缩效应", 因為它所出现的反应, 与其他效应十分相似, 很容易判断错误, 不过"压缩效应"都是在大桨以高转速旋转加上高速飞行, 当两者合併时, 桨翼的速度便不是单单只是自己由引擎输出的转速, 而是会產生更高的相对速度, 有些唔明白? 可以这样说明, 例如你坐紧巴士, 正在使用迷你电风扇, 它转动而给你凉快的感觉, 它也以平均的速度转动, 这时候, 巴士也以50km/h在公路上往下一站驶去, 你把正在转动的迷你电风扇伸出窗外, 这时候电风扇的扇叶便会比它原有的速度增大(自己的转速没有增大, 但扇叶与空气的速度增大了), 这样便產生了更高的相对速度, 当这种速度超过了"马克"数时, 便產生"压缩效应".
    由於这样的原故, "压缩效应"是会加大了空气对大桨的阻力, 亦会使正在旋转的翼面空气动力往后移, 因这样我们便要以所谓"顶风"或"顶down"的加大"油门"和pitch使机体继续往前进来抵消空气对大桨的阻力, 但这样只会增加大桨的震动和也会引起大桨伸曲变型, 常见例子如当进行"宇反飞行"LOOP的时候有"大桨打尾通"的现象, 或高速"劈弯"等,当然如果你的大桨"CG"不均衡, ROTORRHEAD桨夹未上紧, 也可能有同样的现象, 不过, 主要產生"压缩效应"都是因為ROTORHEAD高旋转速度, 机体以高速前进, 超重, 空气乱流, 甚至於温度低(因温度与音速的改变而下降).
    消除或减轻"压缩效应"的办法很简单, 只要减低"油门"和pitch就得, 所以请不要死"谷"架机"D" power和pitch, 物理是定律, 呢款机做唔到, 可能真係做唔到, 针无两头利, 因"打尾通"而炒机...善哉...善哉!
 楼主| 发表于 2007-7-26 14:47:28 | 显示全部楼层

Re:空气动力学Aerodynamics(直升机)



地面共震Ground Resonance



                                最初发现这个问题, 是我刚完成了我的Hirobo Vertol KV107 双鏍旋桨直昇机, 在测试飞行时, 每当它降落时, 不论硬地或草地, 它总是在著地那一刻, 机体近尾部那两个车轮会与地面不停的和有节奏的跳动, 最利害的一次还把用於锁上那8mm主轴的collar也震脱, 当时自己只知道如果把rotorhead 转速减慢, 这震动情况便会消失, 但此终不明白...
                                我又怎能如此放弃追求答案呢, 终於在外国旅行时给我找到一本关於"三瓣桨"直昇机的书, 内容有关於因"三瓣桨"引起的问题...."Ground resonance地面共震", 开心到飞起, 须然只是有关实机的理论, 但理论不是一样的吗!
                                原来这样的震动, 大都发生在"三瓣桨"直昇机(有时也会发生在"两瓣桨直昇机, 但原因不同), 因為"三瓣桨"直昇机的大桨之间每一个角度為120度, 而大家都会已"水平盘"作為平衡机身, 以Vertol直昇机為例, 因為它是用三个车轮作為承担机体与地面的重量, 如果在著地那一刻, 只是单一个车轮先接触地面, 便开始產生震动, 这震动立刻便传到桨翼, 而使到正在减速的大桨失去平衡, 跟住另一车轮也著地, 同样的也把第二次的震动传到桨翼, 也使到正在减速的大桨再次失去平衡, 如此一来一回, 共震便不停的互相效应, 这样便十分容易把机身变形, 也是產生这共震的原因.
                                解决十分简单, 只要再次加速, 把正在震动的机身升起, 使它反回正常旋转速度在悬浮状态, 然后再次以準确的先把Vertol后两个车轮同时落地, 才把前轮著地, 正常减速, 便不会產生"地面共震"(当然在它正在震动时, 立即减低转速, 也可停止共震).
                                不要以為这共震只会发生在Vertol身上, 其实只要是"三瓣桨"直昇机, 便同样都会发生"地面共震", 只不过如果再加上是用车轮来承担机体与地面的重量, 和著地错误, 就算不同的机种, 同样都会发生
 楼主| 发表于 2007-7-26 14:58:19 | 显示全部楼层

Re:空气动力学Aerodynamics(直升机)

不均匀升力Dissymmetry of lift



                                这篇题目估唔到咁难写, 自己也查阅不少书藉, 很想放弃不写, 因大家没有甚麼反应, 但自己总是觉得应把它说出来, 和大家分享.
                                 不均匀升力其实係指直昇机在飞行时或在悬浮时, 所各自因不同环境下会有怎麼样的升力, 这也带出有关左回转与右回转的分别, 当你架直昇机正在悬浮时, 它的升力是均等的, 但当你把它以直线向前飞行, 它的升力便有分别了, 如果你把你的直昇机(假设)以20kmh向前飞行, 而当时rotorhead转速(假设)是80kmh旋转, 咁样其实Blade A(上图)的速度是(20+80)kmh即係100kmh, 但Blade B 的情况刚刚相反, 它的速度是(80-20)kmh即係得60kmh, 点解会咁? 别忘记现在你架机係(假设)以20kmh向前飞行, 请看看上图, Blade A是以翼前的姿态与迎面而来的相对风旋转, 但Blade B是刚相反, 它只是顺风旋转, 由於这样的分别, 左右机身便不能有均匀的升力.
                                  解决办法简单到不得之了, trim一trim aero的微调, 把机身偏低的一方调整攻角/ pitch angle至高一些, 使机身左右达到平衡, 搅掂! 米话比我知你架机係唔洗trim呢下野, 没有可能...除非你玩紧"相位", shit! 知你地即刻会问, 甚麼是"相位", 它也是能解决以上问题, 和也能使你做roll时更加準确, 只须调整在main mast那...
发表于 2007-8-2 19:17:14 | 显示全部楼层

Re:空气动力学Aerodynamics(直升机)

好文章,放在旋翼机版块也会不错
发表于 2007-8-18 16:21:19 | 显示全部楼层

Re:空气动力学Aerodynamics(直升机)

<P><FONT face=新宋体 color=#f70909 size=4>&nbsp;斑竹,辛苦了,好东西呀...谢啦!</FONT></P>
匿名  发表于 2007-9-15 12:23:01
好东西一定要支持!
匿名  发表于 2007-10-10 14:08:32
一定要支持!
匿名  发表于 2007-10-30 16:56:06
版主辛苦,大开眼界。已经向好几位朋友推荐了。
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