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直升机空气动力学 版权信息
- ISBN：9787030771674
- 条形码：9787030771674 ; 978-7-03-077167-4
- 装帧：平装
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>>
直升机空气动力学 内容简介
由于直升机飞行所需要的气动力主要来源于旋翼，因此旋翼的空气动力学问题就成为直升机技术领域中*基础和重要的一环。旋翼空气动力影响了直升机设计中关心的许多特性，如飞行性能、飞行载荷、振动、稳定性、飞行品质和噪声等（Johnson《Rotorcraft Aerodynamics》）。因此，本书的主要篇幅是围绕直升机旋翼空气动力学特征与分析方法展开的，兼顾介绍直升机的全机气动问题。本书介绍的分析方法及理论以以直升机旋翼气为对象，但在实际使用这种也可以推广应用于螺旋桨、旋翼机等气动部件的分析设计。特别是在新概念旋翼飞行器层出不穷的情况下，如何对一个全新的旋翼飞行器动特性进行准确的预估就更加需要灵活运用直升机空气动力学知识进行分析，在这些分析过程中直升机空气动力学理论也必然会产生新的理论成果。
直升机空气动力学 目录
目录
丛书序
序
前言
符号表
第1章绪论 1
1.1 引言 1
1.2 直升机发展简史 2
1.2.1 古代起源 2
1.2.2 18 世纪的模型探索——科学的探索手段 3
1.2.3 19 世纪的探索——动力与飞行原理 3
1.2.4 20 世纪初的探索——实用化飞行 4
1.2.5 推广与发展 6
1.3 直升机的分类 6
1.3.1 根据用途分类 6
1.3.2 根据构型分类 8
1.3.3 其他分类 9
1.4 直升机技术发展划代 9
1.4.1 **代直升机 10
1.4.2 第二代直升机 10
1.4.3 第三代直升机 11
1.4.4 第四代直升机 12
1.5 直升机技术发展趋势 12
1.5.1 常规构型直升机技术发展趋势 12
1.5.2 新构型与特殊用途旋翼飞行器技术发展趋势 13
1.6 直升机空气动力学研究内容概述 17
1.7 习题 19
第2章直升机旋翼的工作原理.20
2.1 引言 20
2.2 直升机的构型特征 22
2.3 旋翼功能简介 28
2.4 旋翼的外形 30
2.4.1 半径、直径和面积.30
2.4.2 桨叶宽度和桨叶根梢比 30
2.4.3 桨叶翼型 31
2.4.4 桨叶剖面安装角和桨叶扭度 32
2.5 旋翼工作环境 33
2.6 旋翼的运动 34
2.6.1 旋转运动 35
2.6.2 挥舞运动 35
2.6.3 摆振运动 37
2.6.4 变距运动 37
2.7 旋翼操纵原理简介 37
2.7.1 操纵拉力大小 37
2.7.2 操纵拉力方向 38
2.8 旋翼量纲一的参数 39
2.9 习题 40
第3章旋翼滑流理论 42
3.1 引言 42
3.2 基本介绍 42
3.2.1 分析基础 42
3.2.2 垂直飞行 45
3.2.3 前飞 47
3.3 诱导速度 52
3.3.1 悬停和垂直飞行的诱导速度 52
3.3.2 前飞时诱导速度 55
3.4 垂直飞行时气动力计算 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 旋翼悬停时的效率 59
3.5 前飞时气动力计算 61
3.5.1 拉力公式和功率公式 61
3.5.2 前飞升阻比 63
3.6 其他考虑因素 63
3.7 习题 64
第4章旋翼翼型空气动力学基础 65
4.1 引言 65
4.2 翼型基本参数 65
4.2.1 几何弦长 65
4.2.2 翼型无量纲坐标 66
4.2.3 厚度 66
4.2.4 弯度 66
4.3 翼型空气动力及力矩 67
4.4 翼型静态气动特性 70
4.4.1 翼型升力特性 70
4.4.2 翼型力矩特性 71
4.4.3 翼型阻力特性与极*线 71
4.4.4 雷诺数和马赫数的影响 72
4.5 翼型动态气动特性 74
4.6 旋翼专用翼型 76
4.7 习题 78
第5章桨叶运动与叶素理论 79
5.1 引言 79
5.2 桨叶剖面的工作环境 79
5.2.1 垂直飞行状态 80
5.2.2 前飞状态 81
5.3 旋翼的挥舞运动 85
5.3.1 挥舞运动起因 85
5.3.2 挥舞运动方程 90
5.4 旋翼操纵原理 93
5.5 旋翼的空气动力特性 96
5.5.1 垂直飞行状态 96
5.5.2 前飞状态 100
5.5.3 挥舞运动系数 107
5.6 入流模型 110
5.6.1 垂直飞行状态 110
5.6.2 前飞状态 112
5.7 习题 115
第6章旋翼涡流理论 117
6.1 引言 117
6.2 **涡流理论117
6.2.1 毕奥–萨伐尔定律 118
6.2.2 轴流状态 118
6.2.3 前飞状态 121
6.3 尾迹分析方法概述 122
6.3.1 桨叶附着涡系模型 123
6.3.2 尾迹涡系模型 123
6.3.3 尾迹方法的环量求解 124
6.3.4 尾迹方法的控制方程 126
6.3.5 固定尾迹 127
6.4 半经验方法——预定尾迹模型 128
6.4.1 悬停预定尾迹模型 128
6.4.2 前飞预定尾迹模型 129
6.5 现代尾迹分析方法——自由尾迹模型 130
6.5.1 稳态松弛求解方法 130
6.5.2 时间精确方法 132
6.6 尾迹分析方法中的涡核模型 133
6.7 气动力求解 135
6.8 高分辨率涡方法 136
6.9 习题 137
第7章直升机 CFD 方法导论 139
7.1 引言 139
7.2 直升机网格及其生成方法 140
7.2.1 网格生成方法 140
7.2.2 运动嵌套网格方法 142
7.3 计算流体力学的控制方程 144
7.3.1 前飞状态旋翼非定常流场控制方程 144
7.3.2 垂直飞行状态旋翼流场控制方程 145
7.4 流场控制方程的数值求解 146
7.4.1 空间离散 146
7.4.2 时间离散 148
7.4.3 湍流模型 149
7.4.4 边界条件 150
7.5 直升机 CFD 方法的应用 152
7.5.1 旋翼翼型气动特性模拟 152
7.5.2 旋翼流场及气动特性模拟 153
7.6 习题 157
第8章直升机气动噪声基础 158
8.1 引言 158
8.2 旋翼气动噪声计算理论.158
8.2.1 莱特希尔声学类比理论 158
8.2.2 福克斯 威廉姆斯-霍金斯方程 162
8.2.3 旋翼噪声计算公式 164
8.2.4 基本声学量 166
8.3 直升机气动噪声分类 167
8.3.1 直升机噪声水平 167
8.3.2 外部噪声构成 168
8.3.3 旋翼噪声分类 169
8.4 直升机气动噪声发声原理 169
8.4.1 旋转噪声 169
8.4.2 宽频噪声 173
8.4.3 桨/涡干扰噪声 175
8.4.4 高速脉冲噪声 181
8.5 习题 185
第9章直升机飞行性能计算 186
9.1 引言 186
9.2 力平衡关系 186
9.2.1 垂直飞行过程中力的平衡关系 186
9.2.2 常规飞行过程中力的平衡关系 188
9.3 直升机发动机特性 193
9.3.1 活塞式发动机的特性 195
9.3.2 涡轮轴式发动机的特性 197
9.4 功率平衡关系198
9.4.1 垂直飞行过程中的功率平衡关系 198
9.4.2 前飞过程中的功率平衡关系 199
9.5 垂直上升性能 201
9.6 水平飞行速度限制 202
9.6.1 功率约束下的水平飞行速度 202
9.6.2 失速和激波对*大飞行速度的限制 204
9.7 爬升性能计算207
9.8 续航性能计算209
9.9 自转性能计算211
9.10 电动直升机 212
9.11 习题.215
第10章直升机特殊飞行状态 216
10.1 引言 216
10.2 地面效应 216
10.3 沙盲 219
10.4 着舰 221
10.5 涡环状态 222
10.6 自转飞行 227
10.7 机动飞行 232
10.8 习题 235
第11章直升机气动设计 236
11.1 引言 236
11.2 旋翼桨叶气动外形设计准则 236
11.2.1 旋翼翼型设计原理 237
11.2.2 桨叶三维外形设计原则 238
11.2.3 桨尖外形设计原则 238
11.2.4 旋翼桨叶气动优化设计通用方法 240
11.3 旋翼直径的初步设计 241
11.4 茹氏旋翼及扭转设计 243
11.5 旋翼桨叶气动外形设计案例 244
11.5.1 旋翼翼型静态设计 244
11.5.2 旋翼翼型动态设计 246
11.5.3 常规旋翼桨叶外形设计 248
11.5.4 尾桨/涵道尾桨外形设计 250
11.5.5 高速共轴刚性旋翼桨叶外形设计 252
11.6 主动控制技术 253
11.6.1 合成射流技术 253
11.6.2 后缘小翼技术 254
11.6.3 自适应旋翼技术 255
11.6.4 单片桨叶控制 260
11.6.5 高阶谐波控制 261
11.6.6 平面内噪声主动控制 261
11.7 习题 262
第12章直升机气动与噪声试验 263
12.1 旋翼试验的基本理论 263
12.1.1 相似理论 263
12.1.2 量纲分析 264
12.1.3 量纲分析法和相似准则 265
12.1.4 相似准则的物理意义 267
12.2 试验模型要求 270
12.2.1 试验模型的分类 270
12.2.2 试验模型的相似性要求 271
12.3 风洞和试验设备 272
12.3.1 低速风洞 273
12.3.2 常用风洞 275
12.3.3 直升机旋翼试验台 275
12.3.4 测力天平 276
12.4 旋翼性能试验 278
12.4.1 雷诺数修正 278
12.4.2 悬停试验 279
12.4.3 前飞试验 280
12.5 组合模型风洞试验 281
12.5.1 旋翼/机身组合模型风洞试验 281
12.5.2 旋翼/机身/尾桨组合模型风洞试验 282
12.6 旋翼气动噪声试验 283
12.6.1 噪声试验的相似性原理 283
12.6.2 消声室 283
12.6.3 声学风洞试验 284
12.7 气动试验中的几类常规试验 285
12.7.1 测力/测压试验——旋翼桨叶气动载荷测量 285
12.7.2 测速试验——旋翼流场测量 286
12.7.3 旋翼姿态角及弹性变形测量试验 288
12.8 习题 289
参考文献 290
丛书序
序
前言
符号表
第1章绪论 1
1.1 引言 1
1.2 直升机发展简史 2
1.2.1 古代起源 2
1.2.2 18 世纪的模型探索——科学的探索手段 3
1.2.3 19 世纪的探索——动力与飞行原理 3
1.2.4 20 世纪初的探索——实用化飞行 4
1.2.5 推广与发展 6
1.3 直升机的分类 6
1.3.1 根据用途分类 6
1.3.2 根据构型分类 8
1.3.3 其他分类 9
1.4 直升机技术发展划代 9
1.4.1 **代直升机 10
1.4.2 第二代直升机 10
1.4.3 第三代直升机 11
1.4.4 第四代直升机 12
1.5 直升机技术发展趋势 12
1.5.1 常规构型直升机技术发展趋势 12
1.5.2 新构型与特殊用途旋翼飞行器技术发展趋势 13
1.6 直升机空气动力学研究内容概述 17
1.7 习题 19
第2章直升机旋翼的工作原理.20
2.1 引言 20
2.2 直升机的构型特征 22
2.3 旋翼功能简介 28
2.4 旋翼的外形 30
2.4.1 半径、直径和面积.30
2.4.2 桨叶宽度和桨叶根梢比 30
2.4.3 桨叶翼型 31
2.4.4 桨叶剖面安装角和桨叶扭度 32
2.5 旋翼工作环境 33
2.6 旋翼的运动 34
2.6.1 旋转运动 35
2.6.2 挥舞运动 35
2.6.3 摆振运动 37
2.6.4 变距运动 37
2.7 旋翼操纵原理简介 37
2.7.1 操纵拉力大小 37
2.7.2 操纵拉力方向 38
2.8 旋翼量纲一的参数 39
2.9 习题 40
第3章旋翼滑流理论 42
3.1 引言 42
3.2 基本介绍 42
3.2.1 分析基础 42
3.2.2 垂直飞行 45
3.2.3 前飞 47
3.3 诱导速度 52
3.3.1 悬停和垂直飞行的诱导速度 52
3.3.2 前飞时诱导速度 55
3.4 垂直飞行时气动力计算 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 旋翼悬停时的效率 59
3.5 前飞时气动力计算 61
3.5.1 拉力公式和功率公式 61
3.5.2 前飞升阻比 63
3.6 其他考虑因素 63
3.7 习题 64
第4章旋翼翼型空气动力学基础 65
4.1 引言 65
4.2 翼型基本参数 65
4.2.1 几何弦长 65
4.2.2 翼型无量纲坐标 66
4.2.3 厚度 66
4.2.4 弯度 66
4.3 翼型空气动力及力矩 67
4.4 翼型静态气动特性 70
4.4.1 翼型升力特性 70
4.4.2 翼型力矩特性 71
4.4.3 翼型阻力特性与极*线 71
4.4.4 雷诺数和马赫数的影响 72
4.5 翼型动态气动特性 74
4.6 旋翼专用翼型 76
4.7 习题 78
第5章桨叶运动与叶素理论 79
5.1 引言 79
5.2 桨叶剖面的工作环境 79
5.2.1 垂直飞行状态 80
5.2.2 前飞状态 81
5.3 旋翼的挥舞运动 85
5.3.1 挥舞运动起因 85
5.3.2 挥舞运动方程 90
5.4 旋翼操纵原理 93
5.5 旋翼的空气动力特性 96
5.5.1 垂直飞行状态 96
5.5.2 前飞状态 100
5.5.3 挥舞运动系数 107
5.6 入流模型 110
5.6.1 垂直飞行状态 110
5.6.2 前飞状态 112
5.7 习题 115
第6章旋翼涡流理论 117
6.1 引言 117
6.2 **涡流理论117
6.2.1 毕奥–萨伐尔定律 118
6.2.2 轴流状态 118
6.2.3 前飞状态 121
6.3 尾迹分析方法概述 122
6.3.1 桨叶附着涡系模型 123
6.3.2 尾迹涡系模型 123
6.3.3 尾迹方法的环量求解 124
6.3.4 尾迹方法的控制方程 126
6.3.5 固定尾迹 127
6.4 半经验方法——预定尾迹模型 128
6.4.1 悬停预定尾迹模型 128
6.4.2 前飞预定尾迹模型 129
6.5 现代尾迹分析方法——自由尾迹模型 130
6.5.1 稳态松弛求解方法 130
6.5.2 时间精确方法 132
6.6 尾迹分析方法中的涡核模型 133
6.7 气动力求解 135
6.8 高分辨率涡方法 136
6.9 习题 137
第7章直升机 CFD 方法导论 139
7.1 引言 139
7.2 直升机网格及其生成方法 140
7.2.1 网格生成方法 140
7.2.2 运动嵌套网格方法 142
7.3 计算流体力学的控制方程 144
7.3.1 前飞状态旋翼非定常流场控制方程 144
7.3.2 垂直飞行状态旋翼流场控制方程 145
7.4 流场控制方程的数值求解 146
7.4.1 空间离散 146
7.4.2 时间离散 148
7.4.3 湍流模型 149
7.4.4 边界条件 150
7.5 直升机 CFD 方法的应用 152
7.5.1 旋翼翼型气动特性模拟 152
7.5.2 旋翼流场及气动特性模拟 153
7.6 习题 157
第8章直升机气动噪声基础 158
8.1 引言 158
8.2 旋翼气动噪声计算理论.158
8.2.1 莱特希尔声学类比理论 158
8.2.2 福克斯 威廉姆斯-霍金斯方程 162
8.2.3 旋翼噪声计算公式 164
8.2.4 基本声学量 166
8.3 直升机气动噪声分类 167
8.3.1 直升机噪声水平 167
8.3.2 外部噪声构成 168
8.3.3 旋翼噪声分类 169
8.4 直升机气动噪声发声原理 169
8.4.1 旋转噪声 169
8.4.2 宽频噪声 173
8.4.3 桨/涡干扰噪声 175
8.4.4 高速脉冲噪声 181
8.5 习题 185
第9章直升机飞行性能计算 186
9.1 引言 186
9.2 力平衡关系 186
9.2.1 垂直飞行过程中力的平衡关系 186
9.2.2 常规飞行过程中力的平衡关系 188
9.3 直升机发动机特性 193
9.3.1 活塞式发动机的特性 195
9.3.2 涡轮轴式发动机的特性 197
9.4 功率平衡关系198
9.4.1 垂直飞行过程中的功率平衡关系 198
9.4.2 前飞过程中的功率平衡关系 199
9.5 垂直上升性能 201
9.6 水平飞行速度限制 202
9.6.1 功率约束下的水平飞行速度 202
9.6.2 失速和激波对*大飞行速度的限制 204
9.7 爬升性能计算207
9.8 续航性能计算209
9.9 自转性能计算211
9.10 电动直升机 212
9.11 习题.215
第10章直升机特殊飞行状态 216
10.1 引言 216
10.2 地面效应 216
10.3 沙盲 219
10.4 着舰 221
10.5 涡环状态 222
10.6 自转飞行 227
10.7 机动飞行 232
10.8 习题 235
第11章直升机气动设计 236
11.1 引言 236
11.2 旋翼桨叶气动外形设计准则 236
11.2.1 旋翼翼型设计原理 237
11.2.2 桨叶三维外形设计原则 238
11.2.3 桨尖外形设计原则 238
11.2.4 旋翼桨叶气动优化设计通用方法 240
11.3 旋翼直径的初步设计 241
11.4 茹氏旋翼及扭转设计 243
11.5 旋翼桨叶气动外形设计案例 244
11.5.1 旋翼翼型静态设计 244
11.5.2 旋翼翼型动态设计 246
11.5.3 常规旋翼桨叶外形设计 248
11.5.4 尾桨/涵道尾桨外形设计 250
11.5.5 高速共轴刚性旋翼桨叶外形设计 252
11.6 主动控制技术 253
11.6.1 合成射流技术 253
11.6.2 后缘小翼技术 254
11.6.3 自适应旋翼技术 255
11.6.4 单片桨叶控制 260
11.6.5 高阶谐波控制 261
11.6.6 平面内噪声主动控制 261
11.7 习题 262
第12章直升机气动与噪声试验 263
12.1 旋翼试验的基本理论 263
12.1.1 相似理论 263
12.1.2 量纲分析 264
12.1.3 量纲分析法和相似准则 265
12.1.4 相似准则的物理意义 267
12.2 试验模型要求 270
12.2.1 试验模型的分类 270
12.2.2 试验模型的相似性要求 271
12.3 风洞和试验设备 272
12.3.1 低速风洞 273
12.3.2 常用风洞 275
12.3.3 直升机旋翼试验台 275
12.3.4 测力天平 276
12.4 旋翼性能试验 278
12.4.1 雷诺数修正 278
12.4.2 悬停试验 279
12.4.3 前飞试验 280
12.5 组合模型风洞试验 281
12.5.1 旋翼/机身组合模型风洞试验 281
12.5.2 旋翼/机身/尾桨组合模型风洞试验 282
12.6 旋翼气动噪声试验 283
12.6.1 噪声试验的相似性原理 283
12.6.2 消声室 283
12.6.3 声学风洞试验 284
12.7 气动试验中的几类常规试验 285
12.7.1 测力/测压试验——旋翼桨叶气动载荷测量 285
12.7.2 测速试验——旋翼流场测量 286
12.7.3 旋翼姿态角及弹性变形测量试验 288
12.8 习题 289
参考文献 290
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直升机空气动力学 作者简介
招启军(1977- )，江苏金湖人，博士，南京航空航天大学航空宇航学院及直升机旋翼动力学国家级重点实验室教授、博士生导师。主要从事直升机CFD、空气动力学、旋翼气动噪声、流动主动控制研究、高性能旋翼气动设计、飞行器隐身设计等领域的研究工作。2005年在直升机旋翼动力学国家级重点实验室工作，历任讲师、副教授、教授(2008年破格)。2009年至2010年美国Maryland大学航空系访问学者。担任本科生的直升机空气动力学(江苏省精品课程)、航空航天概论，研究生的高等直升机空气动力学、直升机CFD等课程的教学工作。主持国防“973''项目课题、国家自然科学基金、国防航空预研、总装重点实验室基金、航空创新基金、航空支撑等科研项目。在《Joumal of American Helicopter Society》《Journal of Aircraft》《Ae rospace Scierice and Technology》《力学学报》《航空学报》等国内外知名期刊和学术会议上发表论文150佘篇，其中SCI和El收录110余篇。获得国防科技进步二等奖和三等奖，获江苏省“青蓝工程”中青年学术带头人、“333”高层次人才培养计划等荣誉称号。2006年获“江苏省优秀博士学位论文”。所在团队为国防科技创新团队。
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