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直升機空氣動力學 版權信息
- ISBN：9787030771674
- 條形碼：9787030771674 ; 978-7-03-077167-4
- 裝幀：平裝
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
直升機空氣動力學 內容簡介
由于直升機飛行所需要的氣動力主要來源于旋翼，因此旋翼的空氣動力學問題就成為直升機技術領域中*基礎和重要的一環。旋翼空氣動力影響了直升機設計中關心的許多特性，如飛行性能、飛行載荷、振動、穩定性、飛行品質和噪聲等（Johnson《Rotorcraft Aerodynamics》）。因此，本書的主要篇幅是圍繞直升機旋翼空氣動力學特征與分析方法展開的，兼顧介紹直升機的全機氣動問題。本書介紹的分析方法及理論以以直升機旋翼氣為對象，但在實際使用這種也可以推廣應用于螺旋槳、旋翼機等氣動部件的分析設計。特別是在新概念旋翼飛行器層出不窮的情況下，如何對一個全新的旋翼飛行器動特性進行準確的預估就更加需要靈活運用直升機空氣動力學知識進行分析，在這些分析過程中直升機空氣動力學理論也必然會產生新的理論成果。
直升機空氣動力學 目錄
目錄
叢書序
序
前言
符號表
第1章緒論 1
1.1 引言 1
1.2 直升機發展簡史 2
1.2.1 古代起源 2
1.2.2 18 世紀的模型探索——科學的探索手段 3
1.2.3 19 世紀的探索——動力與飛行原理 3
1.2.4 20 世紀初的探索——實用化飛行 4
1.2.5 推廣與發展 6
1.3 直升機的分類 6
1.3.1 根據用途分類 6
1.3.2 根據構型分類 8
1.3.3 其他分類 9
1.4 直升機技術發展劃代 9
1.4.1 **代直升機 10
1.4.2 第二代直升機 10
1.4.3 第三代直升機 11
1.4.4 第四代直升機 12
1.5 直升機技術發展趨勢 12
1.5.1 常規構型直升機技術發展趨勢 12
1.5.2 新構型與特殊用途旋翼飛行器技術發展趨勢 13
1.6 直升機空氣動力學研究內容概述 17
1.7 習題 19
第2章直升機旋翼的工作原理.20
2.1 引言 20
2.2 直升機的構型特征 22
2.3 旋翼功能簡介 28
2.4 旋翼的外形 30
2.4.1 半徑、直徑和面積.30
2.4.2 槳葉寬度和槳葉根梢比 30
2.4.3 槳葉翼型 31
2.4.4 槳葉剖面安裝角和槳葉扭度 32
2.5 旋翼工作環境 33
2.6 旋翼的運動 34
2.6.1 旋轉運動 35
2.6.2 揮舞運動 35
2.6.3 擺振運動 37
2.6.4 變距運動 37
2.7 旋翼操縱原理簡介 37
2.7.1 操縱拉力大小 37
2.7.2 操縱拉力方向 38
2.8 旋翼量綱一的參數 39
2.9 習題 40
第3章旋翼滑流理論 42
3.1 引言 42
3.2 基本介紹 42
3.2.1 分析基礎 42
3.2.2 垂直飛行 45
3.2.3 前飛 47
3.3 誘導速度 52
3.3.1 懸停和垂直飛行的誘導速度 52
3.3.2 前飛時誘導速度 55
3.4 垂直飛行時氣動力計算 57
3.4.1 拉力公式和功率公式.57
3.4.2 旋翼的效率 57
3.4.3 旋翼懸停時的效率 59
3.5 前飛時氣動力計算 61
3.5.1 拉力公式和功率公式 61
3.5.2 前飛升阻比 63
3.6 其他考慮因素 63
3.7 習題 64
第4章旋翼翼型空氣動力學基礎 65
4.1 引言 65
4.2 翼型基本參數 65
4.2.1 幾何弦長 65
4.2.2 翼型無量綱坐標 66
4.2.3 厚度 66
4.2.4 彎度 66
4.3 翼型空氣動力及力矩 67
4.4 翼型靜態氣動特性 70
4.4.1 翼型升力特性 70
4.4.2 翼型力矩特性 71
4.4.3 翼型阻力特性與極*線 71
4.4.4 雷諾數和馬赫數的影響 72
4.5 翼型動態氣動特性 74
4.6 旋翼專用翼型 76
4.7 習題 78
第5章槳葉運動與葉素理論 79
5.1 引言 79
5.2 槳葉剖面的工作環境 79
5.2.1 垂直飛行狀態 80
5.2.2 前飛狀態 81
5.3 旋翼的揮舞運動 85
5.3.1 揮舞運動起因 85
5.3.2 揮舞運動方程 90
5.4 旋翼操縱原理 93
5.5 旋翼的空氣動力特性 96
5.5.1 垂直飛行狀態 96
5.5.2 前飛狀態 100
5.5.3 揮舞運動系數 107
5.6 入流模型 110
5.6.1 垂直飛行狀態 110
5.6.2 前飛狀態 112
5.7 習題 115
第6章旋翼渦流理論 117
6.1 引言 117
6.2 **渦流理論117
6.2.1 畢奧–薩伐爾定律 118
6.2.2 軸流狀態 118
6.2.3 前飛狀態 121
6.3 尾跡分析方法概述 122
6.3.1 槳葉附著渦系模型 123
6.3.2 尾跡渦系模型 123
6.3.3 尾跡方法的環量求解 124
6.3.4 尾跡方法的控制方程 126
6.3.5 固定尾跡 127
6.4 半經驗方法——預定尾跡模型 128
6.4.1 懸停預定尾跡模型 128
6.4.2 前飛預定尾跡模型 129
6.5 現代尾跡分析方法——自由尾跡模型 130
6.5.1 穩態松弛求解方法 130
6.5.2 時間精確方法 132
6.6 尾跡分析方法中的渦核模型 133
6.7 氣動力求解 135
6.8 高分辨率渦方法 136
6.9 習題 137
第7章直升機 CFD 方法導論 139
7.1 引言 139
7.2 直升機網格及其生成方法 140
7.2.1 網格生成方法 140
7.2.2 運動嵌套網格方法 142
7.3 計算流體力學的控制方程 144
7.3.1 前飛狀態旋翼非定常流場控制方程 144
7.3.2 垂直飛行狀態旋翼流場控制方程 145
7.4 流場控制方程的數值求解 146
7.4.1 空間離散 146
7.4.2 時間離散 148
7.4.3 湍流模型 149
7.4.4 邊界條件 150
7.5 直升機 CFD 方法的應用 152
7.5.1 旋翼翼型氣動特性模擬 152
7.5.2 旋翼流場及氣動特性模擬 153
7.6 習題 157
第8章直升機氣動噪聲基礎 158
8.1 引言 158
8.2 旋翼氣動噪聲計算理論.158
8.2.1 萊特希爾聲學類比理論 158
8.2.2 福克斯 威廉姆斯-霍金斯方程 162
8.2.3 旋翼噪聲計算公式 164
8.2.4 基本聲學量 166
8.3 直升機氣動噪聲分類 167
8.3.1 直升機噪聲水平 167
8.3.2 外部噪聲構成 168
8.3.3 旋翼噪聲分類 169
8.4 直升機氣動噪聲發聲原理 169
8.4.1 旋轉噪聲 169
8.4.2 寬頻噪聲 173
8.4.3 槳/渦干擾噪聲 175
8.4.4 高速脈沖噪聲 181
8.5 習題 185
第9章直升機飛行性能計算 186
9.1 引言 186
9.2 力平衡關系 186
9.2.1 垂直飛行過程中力的平衡關系 186
9.2.2 常規飛行過程中力的平衡關系 188
9.3 直升機發動機特性 193
9.3.1 活塞式發動機的特性 195
9.3.2 渦輪軸式發動機的特性 197
9.4 功率平衡關系198
9.4.1 垂直飛行過程中的功率平衡關系 198
9.4.2 前飛過程中的功率平衡關系 199
9.5 垂直上升性能 201
9.6 水平飛行速度限制 202
9.6.1 功率約束下的水平飛行速度 202
9.6.2 失速和激波對*大飛行速度的限制 204
9.7 爬升性能計算207
9.8 續航性能計算209
9.9 自轉性能計算211
9.10 電動直升機 212
9.11 習題.215
第10章直升機特殊飛行狀態 216
10.1 引言 216
10.2 地面效應 216
10.3 沙盲 219
10.4 著艦 221
10.5 渦環狀態 222
10.6 自轉飛行 227
10.7 機動飛行 232
10.8 習題 235
第11章直升機氣動設計 236
11.1 引言 236
11.2 旋翼槳葉氣動外形設計準則 236
11.2.1 旋翼翼型設計原理 237
11.2.2 槳葉三維外形設計原則 238
11.2.3 槳尖外形設計原則 238
11.2.4 旋翼槳葉氣動優化設計通用方法 240
11.3 旋翼直徑的初步設計 241
11.4 茹氏旋翼及扭轉設計 243
11.5 旋翼槳葉氣動外形設計案例 244
11.5.1 旋翼翼型靜態設計 244
11.5.2 旋翼翼型動態設計 246
11.5.3 常規旋翼槳葉外形設計 248
11.5.4 尾槳/涵道尾槳外形設計 250
11.5.5 高速共軸剛性旋翼槳葉外形設計 252
11.6 主動控制技術 253
11.6.1 合成射流技術 253
11.6.2 后緣小翼技術 254
11.6.3 自適應旋翼技術 255
11.6.4 單片槳葉控制 260
11.6.5 高階諧波控制 261
11.6.6 平面內噪聲主動控制 261
11.7 習題 262
第12章直升機氣動與噪聲試驗 263
12.1 旋翼試驗的基本理論 263
12.1.1 相似理論 263
12.1.2 量綱分析 264
12.1.3 量綱分析法和相似準則 265
12.1.4 相似準則的物理意義 267
12.2 試驗模型要求 270
12.2.1 試驗模型的分類 270
12.2.2 試驗模型的相似性要求 271
12.3 風洞和試驗設備 272
12.3.1 低速風洞 273
12.3.2 常用風洞 275
12.3.3 直升機旋翼試驗臺 275
12.3.4 測力天平 276
12.4 旋翼性能試驗 278
12.4.1 雷諾數修正 278
12.4.2 懸停試驗 279
12.4.3 前飛試驗 280
12.5 組合模型風洞試驗 281
12.5.1 旋翼/機身組合模型風洞試驗 281
12.5.2 旋翼/機身/尾槳組合模型風洞試驗 282
12.6 旋翼氣動噪聲試驗 283
12.6.1 噪聲試驗的相似性原理 283
12.6.2 消聲室 283
12.6.3 聲學風洞試驗 284
12.7 氣動試驗中的幾類常規試驗 285
12.7.1 測力/測壓試驗——旋翼槳葉氣動載荷測量 285
12.7.2 測速試驗——旋翼流場測量 286
12.7.3 旋翼姿態角及彈性變形測量試驗 288
12.8 習題 289
參考文獻 290
叢書序
序
前言
符號表
第1章緒論 1
1.1 引言 1
1.2 直升機發展簡史 2
1.2.1 古代起源 2
1.2.2 18 世紀的模型探索——科學的探索手段 3
1.2.3 19 世紀的探索——動力與飛行原理 3
1.2.4 20 世紀初的探索——實用化飛行 4
1.2.5 推廣與發展 6
1.3 直升機的分類 6
1.3.1 根據用途分類 6
1.3.2 根據構型分類 8
1.3.3 其他分類 9
1.4 直升機技術發展劃代 9
1.4.1 **代直升機 10
1.4.2 第二代直升機 10
1.4.3 第三代直升機 11
1.4.4 第四代直升機 12
1.5 直升機技術發展趨勢 12
1.5.1 常規構型直升機技術發展趨勢 12
1.5.2 新構型與特殊用途旋翼飛行器技術發展趨勢 13
1.6 直升機空氣動力學研究內容概述 17
1.7 習題 19
第2章直升機旋翼的工作原理.20
2.1 引言 20
2.2 直升機的構型特征 22
2.3 旋翼功能簡介 28
2.4 旋翼的外形 30
2.4.1 半徑、直徑和面積.30
2.4.2 槳葉寬度和槳葉根梢比 30
2.4.3 槳葉翼型 31
2.4.4 槳葉剖面安裝角和槳葉扭度 32
2.5 旋翼工作環境 33
2.6 旋翼的運動 34
2.6.1 旋轉運動 35
2.6.2 揮舞運動 35
2.6.3 擺振運動 37
2.6.4 變距運動 37
2.7 旋翼操縱原理簡介 37
2.7.1 操縱拉力大小 37
2.7.2 操縱拉力方向 38
2.8 旋翼量綱一的參數 39
2.9 習題 40
第3章旋翼滑流理論 42
3.1 引言 42
3.2 基本介紹 42
3.2.1 分析基礎 42
3.2.2 垂直飛行 45
3.2.3 前飛 47
3.3 誘導速度 52
3.3.1 懸停和垂直飛行的誘導速度 52
3.3.2 前飛時誘導速度 55
3.4 垂直飛行時氣動力計算 57
3.4.1 拉力公式和功率公式.57
3.4.2 旋翼的效率 57
3.4.3 旋翼懸停時的效率 59
3.5 前飛時氣動力計算 61
3.5.1 拉力公式和功率公式 61
3.5.2 前飛升阻比 63
3.6 其他考慮因素 63
3.7 習題 64
第4章旋翼翼型空氣動力學基礎 65
4.1 引言 65
4.2 翼型基本參數 65
4.2.1 幾何弦長 65
4.2.2 翼型無量綱坐標 66
4.2.3 厚度 66
4.2.4 彎度 66
4.3 翼型空氣動力及力矩 67
4.4 翼型靜態氣動特性 70
4.4.1 翼型升力特性 70
4.4.2 翼型力矩特性 71
4.4.3 翼型阻力特性與極*線 71
4.4.4 雷諾數和馬赫數的影響 72
4.5 翼型動態氣動特性 74
4.6 旋翼專用翼型 76
4.7 習題 78
第5章槳葉運動與葉素理論 79
5.1 引言 79
5.2 槳葉剖面的工作環境 79
5.2.1 垂直飛行狀態 80
5.2.2 前飛狀態 81
5.3 旋翼的揮舞運動 85
5.3.1 揮舞運動起因 85
5.3.2 揮舞運動方程 90
5.4 旋翼操縱原理 93
5.5 旋翼的空氣動力特性 96
5.5.1 垂直飛行狀態 96
5.5.2 前飛狀態 100
5.5.3 揮舞運動系數 107
5.6 入流模型 110
5.6.1 垂直飛行狀態 110
5.6.2 前飛狀態 112
5.7 習題 115
第6章旋翼渦流理論 117
6.1 引言 117
6.2 **渦流理論117
6.2.1 畢奧–薩伐爾定律 118
6.2.2 軸流狀態 118
6.2.3 前飛狀態 121
6.3 尾跡分析方法概述 122
6.3.1 槳葉附著渦系模型 123
6.3.2 尾跡渦系模型 123
6.3.3 尾跡方法的環量求解 124
6.3.4 尾跡方法的控制方程 126
6.3.5 固定尾跡 127
6.4 半經驗方法——預定尾跡模型 128
6.4.1 懸停預定尾跡模型 128
6.4.2 前飛預定尾跡模型 129
6.5 現代尾跡分析方法——自由尾跡模型 130
6.5.1 穩態松弛求解方法 130
6.5.2 時間精確方法 132
6.6 尾跡分析方法中的渦核模型 133
6.7 氣動力求解 135
6.8 高分辨率渦方法 136
6.9 習題 137
第7章直升機 CFD 方法導論 139
7.1 引言 139
7.2 直升機網格及其生成方法 140
7.2.1 網格生成方法 140
7.2.2 運動嵌套網格方法 142
7.3 計算流體力學的控制方程 144
7.3.1 前飛狀態旋翼非定常流場控制方程 144
7.3.2 垂直飛行狀態旋翼流場控制方程 145
7.4 流場控制方程的數值求解 146
7.4.1 空間離散 146
7.4.2 時間離散 148
7.4.3 湍流模型 149
7.4.4 邊界條件 150
7.5 直升機 CFD 方法的應用 152
7.5.1 旋翼翼型氣動特性模擬 152
7.5.2 旋翼流場及氣動特性模擬 153
7.6 習題 157
第8章直升機氣動噪聲基礎 158
8.1 引言 158
8.2 旋翼氣動噪聲計算理論.158
8.2.1 萊特希爾聲學類比理論 158
8.2.2 福克斯 威廉姆斯-霍金斯方程 162
8.2.3 旋翼噪聲計算公式 164
8.2.4 基本聲學量 166
8.3 直升機氣動噪聲分類 167
8.3.1 直升機噪聲水平 167
8.3.2 外部噪聲構成 168
8.3.3 旋翼噪聲分類 169
8.4 直升機氣動噪聲發聲原理 169
8.4.1 旋轉噪聲 169
8.4.2 寬頻噪聲 173
8.4.3 槳/渦干擾噪聲 175
8.4.4 高速脈沖噪聲 181
8.5 習題 185
第9章直升機飛行性能計算 186
9.1 引言 186
9.2 力平衡關系 186
9.2.1 垂直飛行過程中力的平衡關系 186
9.2.2 常規飛行過程中力的平衡關系 188
9.3 直升機發動機特性 193
9.3.1 活塞式發動機的特性 195
9.3.2 渦輪軸式發動機的特性 197
9.4 功率平衡關系198
9.4.1 垂直飛行過程中的功率平衡關系 198
9.4.2 前飛過程中的功率平衡關系 199
9.5 垂直上升性能 201
9.6 水平飛行速度限制 202
9.6.1 功率約束下的水平飛行速度 202
9.6.2 失速和激波對*大飛行速度的限制 204
9.7 爬升性能計算207
9.8 續航性能計算209
9.9 自轉性能計算211
9.10 電動直升機 212
9.11 習題.215
第10章直升機特殊飛行狀態 216
10.1 引言 216
10.2 地面效應 216
10.3 沙盲 219
10.4 著艦 221
10.5 渦環狀態 222
10.6 自轉飛行 227
10.7 機動飛行 232
10.8 習題 235
第11章直升機氣動設計 236
11.1 引言 236
11.2 旋翼槳葉氣動外形設計準則 236
11.2.1 旋翼翼型設計原理 237
11.2.2 槳葉三維外形設計原則 238
11.2.3 槳尖外形設計原則 238
11.2.4 旋翼槳葉氣動優化設計通用方法 240
11.3 旋翼直徑的初步設計 241
11.4 茹氏旋翼及扭轉設計 243
11.5 旋翼槳葉氣動外形設計案例 244
11.5.1 旋翼翼型靜態設計 244
11.5.2 旋翼翼型動態設計 246
11.5.3 常規旋翼槳葉外形設計 248
11.5.4 尾槳/涵道尾槳外形設計 250
11.5.5 高速共軸剛性旋翼槳葉外形設計 252
11.6 主動控制技術 253
11.6.1 合成射流技術 253
11.6.2 后緣小翼技術 254
11.6.3 自適應旋翼技術 255
11.6.4 單片槳葉控制 260
11.6.5 高階諧波控制 261
11.6.6 平面內噪聲主動控制 261
11.7 習題 262
第12章直升機氣動與噪聲試驗 263
12.1 旋翼試驗的基本理論 263
12.1.1 相似理論 263
12.1.2 量綱分析 264
12.1.3 量綱分析法和相似準則 265
12.1.4 相似準則的物理意義 267
12.2 試驗模型要求 270
12.2.1 試驗模型的分類 270
12.2.2 試驗模型的相似性要求 271
12.3 風洞和試驗設備 272
12.3.1 低速風洞 273
12.3.2 常用風洞 275
12.3.3 直升機旋翼試驗臺 275
12.3.4 測力天平 276
12.4 旋翼性能試驗 278
12.4.1 雷諾數修正 278
12.4.2 懸停試驗 279
12.4.3 前飛試驗 280
12.5 組合模型風洞試驗 281
12.5.1 旋翼/機身組合模型風洞試驗 281
12.5.2 旋翼/機身/尾槳組合模型風洞試驗 282
12.6 旋翼氣動噪聲試驗 283
12.6.1 噪聲試驗的相似性原理 283
12.6.2 消聲室 283
12.6.3 聲學風洞試驗 284
12.7 氣動試驗中的幾類常規試驗 285
12.7.1 測力/測壓試驗——旋翼槳葉氣動載荷測量 285
12.7.2 測速試驗——旋翼流場測量 286
12.7.3 旋翼姿態角及彈性變形測量試驗 288
12.8 習題 289
參考文獻 290
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直升機空氣動力學 作者簡介
招啟軍(1977- )，江蘇金湖人，博士，南京航空航天大學航空宇航學院及直升機旋翼動力學國家級重點實驗室教授、博士生導師。主要從事直升機CFD、空氣動力學、旋翼氣動噪聲、流動主動控制研究、高性能旋翼氣動設計、飛行器隱身設計等領域的研究工作。2005年在直升機旋翼動力學國家級重點實驗室工作，歷任講師、副教授、教授(2008年破格)。2009年至2010年美國Maryland大學航空系訪問學者。擔任本科生的直升機空氣動力學(江蘇省精品課程)、航空航天概論，研究生的高等直升機空氣動力學、直升機CFD等課程的教學工作。主持國防“973''項目課題、國家自然科學基金、國防航空預研、總裝重點實驗室基金、航空創新基金、航空支撐等科研項目。在《Joumal of American Helicopter Society》《Journal of Aircraft》《Ae rospace Scierice and Technology》《力學學報》《航空學報》等國內外知名期刊和學術會議上發表論文150佘篇，其中SCI和El收錄110余篇。獲得國防科技進步二等獎和三等獎，獲江蘇省“青藍工程”中青年學術帶頭人、“333”高層次人才培養計劃等榮譽稱號。2006年獲“江蘇省優秀博士學位論文”。所在團隊為國防科技創新團隊。
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