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旋翼机的空气动力学的原理是怎样的？( 二 )


旋翼机的空气动力学的原理是怎样的？
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图6 在向前飞行时旋翼机的旋翼系统所受的气动合力方向与直升机相反
【旋翼机的空气动力学的原理是怎样的？】●旋翼升力●
旋翼升力可以简单的想象成为支撑飞行器重量的升力。当翼面产生升力的同时，空气阻力也就伴随着产生了。对一个给定的翼型，最有效的攻角是产生最大升力和最小阻力的角度。然而旋翼桨叶并不是工作在这种有效的角度，在每一圈的旋转过程中攻角都在发生变化。而且，旋翼系统必须保持一定的自旋桨距以持续地产生升力。有一些旋翼机安装了小的附加机翼以便在较高巡航速度飞行时产生升力，这些附加的机翼产生的升力可以作为旋翼升力的补充，甚至可以完全取代旋翼升力。●旋翼空气阻力●
合成的旋翼空气阻力，是作用在桨叶的每个桨叶位置上的旋翼空气阻力的总合，每一个桨叶位置的贡献根据速度和角度的不同而不同。当旋翼桨叶旋转的时候，根据不同的位置、旋翼速度、飞行速度等的不同，空气阻力也在不断的快速变化。桨盘攻角的变化可以快速有效地影响空气阻力的变化。
旋翼阻力可以分为诱导阻力 (induced drag) 和翼型阻力 (profile drag)。诱导阻力是升力的结果，而翼型阻力是旋翼转速的函数。由于诱导阻力旋翼产生升力的结果，翼型阻力可以被看作是不产生升力时的旋翼阻力。这个阻力可以被理解成在不产生升力的情况下，预旋时为了达到给定的飞行转速所要克服的空气阻力。在具备对称翼型和可变桨距的旋翼机上，这种工作状态可以通过设置旋翼攻角为0°实现。对于安装非对称翼型和固定桨距角的旋翼系统，必须在预旋时克服诱导阻力，而大多数的业余制作的安装跷跷板的旋翼系统正是属于这一类。● 推力 ●
自旋翼机的推力定义为螺旋桨产生的气动力中平行于相对来流的分量。和其他的作用于飞行器的力一样，推力作用在重心（译者：center of gravity，简称CG，是自旋翼机的重要常用缩写之一）附近。根据推力作用的位置与重心的关系，螺旋桨的气动力会有一个较小的垂直于相对来流的分量，并且根据位置关系可以表现为额外的升力或者重量。
飞行的时候，机身本质上相当于一个悬挂在旋翼系统下面的重锤，因此容易产生类似于直升机的钟摆运动 (pendularaction)。和直升机不同的是，自旋翼机的推力直接作用于机身之上而不是通过旋翼系统获得。由此，在飞行的时候作用在自旋翼机和直升机上的力也不尽相同。例如：发动机力矩会使得机身向与螺旋桨转向相反的方向偏转几度，从而使得机身偏离垂直平面。如图7所示，通常在大多数的飞行条件下，这种轻微的偏斜是可以忽略的，也不会产生重要影响。
钟摆运动—由于悬挂在旋翼系统下方造成的机身的横向或者纵向摆动，类似于钟摆的运动。
旋翼机的空气动力学的原理是怎样的？
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图7 作用在螺旋桨上的发动机力矩有一个大小相同，方向相反的力矩作用在机身上，使得机身在飞行时偏离垂直方向一些。●稳定性●
飞行器的稳定性有助于减轻飞行员的负担增加安全性。类似于典型的通用飞行教练机一样，一架稳定的飞行器，需要飞行员较少的精力去维持期望的飞行的姿态，在遇到阵风 (Gust of wind) 或者其他外力的影响的时候会自动修正姿态。相反的，一架不稳定的飞机需要飞行员持续不断的保持注意力以维持飞机的控制。
有很多因素影响自旋翼机的稳定性。其中一个是水平安定面的位置。另一个是机身阻力与重心的关系。再有就是绕俯仰轴的惯性距和螺旋桨推力线与重心的垂直位置的关系。然而，最重要的因素是旋翼力的作用线和重心水平位置的关系。●水平安定面●
水平安定面有助于增加纵向的稳定性，离开重心越远越是有效。因为升力正比于速度的平方，所以飞行速度越高水平安定面也就越有效，由于自旋翼机的速度不是很高，制造者可以通过改变水平安定面的大小，调整到重心的距离，或者放置在螺旋桨滑流 (slipstream) 中来获得期望的稳定性。●机身阻力●
如果机身阻力或者压力中心位于重心的后面，自旋翼机被认为是更稳定的设计，对于绕垂直轴的偏航运动尤其是这样。为了达到这个条件就必须有足够大的垂直尾翼面。另外，自旋翼机需要一个平衡的纵轴压力重心，以获得足够的周期运动 (cyclicmovement) 防止机头压低或者抬升，当速度增加时前面的区域聚集了很多的压力。●仰卧惯量●

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