直昇機氣體動力學 加分題

chinlin

氣體動力學 加分題


請教高手們

我看了一本直昇機氣體動力學
提到一個blade升力的算法(不考慮有風的狀況與translational lift)
那就是大家很熟悉的一般飛行翼的算法
Lift= (1/2) d. v^2. s. CL　 (註解:我看有些書是說model helicopter要用1/6去乘,不用1/2)

L = Lift, which must equal the airplane's weight in pounds
d = density of the air. This will change due to altitude. These values can be found in a I.C.A.O. Standard Atmosphere Table.
v = velocity of an aircraft expressed in feet per second
s = the wing area of an aircraft in square feet
CL = Coefficient of lift , which is determined by the type of airfoil and angle of attack

現在我的問題來了
以上的公式是對一個blade來說對吧, 如果兩個blade

現在我的問題來了
以上的公式是對一個blade來說對, 如果兩個blade
Q1. 那升力=d. v^2. s. CL 了 對嘛?
Q2. 這個升力公式該如何套用旋轉中的主旋槳呢?
Q3. 升力要根據轉速有多快, pitch變化狀況, 所產生的最大的昇力也只有在公式那個值範圍內嘛?

一題4分

飛影

看沒有

gwagwa

QUOTE

Q2. 這個升力公式該如何套用旋轉中的主旋槳呢? v = velocity of an aircraft expressed in feet per second s = the wing area of an aircraft in square feet CL = Coefficient of lift , which is determined by the type of airfoil and angle of attack

這個公式Lift= (1/2) d. v^2. s. CL
可以寫成這個型式 delta lift=1/2*d*delta s * CL*v^2
v 旋轉時是沿著主旋翼上每一點的切線速度

delta lift是主旋翼上每一點所產生的升力
將他積分起來 就是主旋翼所產生的總升力了

此時最麻煩的是CL
如同上述說明的 他取決於 翼型 與角度 這個角度或 許就是PITCH了
我想這個參數需要作風洞實驗才能得知吧

Mel_Huang

照這個公式推算, 如果以1/2來算直升機昇力的話
兩支主旋翼總昇力L=空氣密度d*主旋翼的速度平方*主旋翼面積s*昇力係數CL
其中空氣密度要查表, 因為高度不同空氣密度不同
主旋翼速度要先定義轉速, 求得角速度θ, 才能繼續計算主旋翼速度
昇力係數CL得依翼型及攻角決定, 我想應該有表可以查
由於直升機主旋翼是以旋轉的方式獲得與空氣的相對速度, 因此在固定的角速度下, 離主軸的距離不同, 與空氣的相對速度也不同, 因此以上的公式得以積分方式算出每個距離的昇力總和, 其中主旋翼的速度為2πr(離主軸的距離)*θ,
L=∫(d*(2πr*θ)^2*s*CL) dr
積分範圍r就是從主旋翼內側離主軸的距離(r不是從0開始, 因為夾座不算)到最外側離主軸的距離
不知有沒有前輩可以幫忙指正

chinlin

QUOTE (Mel_Huang @ Feb 21 2006, 09:44 PM)

照這個公式推算, 如果以1/2來算直升機昇力的話 兩支主旋翼總昇力L=空氣密度d*主旋翼的速度平方*主旋翼面積s*昇力係數CL 其中空氣密度要查表, 因為高度不同空氣密度不同 主旋翼速度要先定義轉速, 求得角速度θ, 才能繼續計算主旋翼速度 昇力係數CL得依翼型及攻角決定, 我想應該有表可以查 由於直升機主旋翼是以旋轉的方式獲得與空氣的相對速度, 因此在固定的角速度下, 離主軸的距離不同, 與空氣的相對速度也不同, 因此以上的公式得以積分方式算出每個距離的昇力總和, 其中主旋翼的速度為2πr(離主軸的距離)*θ, L=∫(d*(2πr*θ)^2*s*CL) dr 積分範圍r就是從主旋翼內側離主軸的距離(r不是從0開始, 因為夾座不算)到最外側離主軸的距離 不知有沒有前輩可以幫忙指正

真棒..你這積分關念..帶給我些啟示... 看起來蠻make sense...再資料應該就更清楚了!!:)
但是,你列的formula應該有積到重覆cover到的面積吧?
其怪的是, text book都只講lift公式.... 整體的馬力計算, 升力關連都沒題到
@_@

Mel_Huang

關於面積我沒考慮到, 因此面積也要分的話就得雙重積分了, 大家一起來想想吧!!
一般的書常常都只是帶過, 所以他們也就只列個公式帶過了!!

gwagwa

QUOTE (Mel_Huang @ Feb 23 2006, 09:35 AM)

關於面積的話我沒考慮到, 因此面積也要分的話就得雙重積分了, 大家一起來想想吧!!

不必雙重積分
因為槳通常都是直條行的 沿著槳上 面積沒變化
除非你要精確到最尾端的形狀也考慮進去
如要如此精確 平衡翼也要算了

天龍

.................... 　
完全不懂....

chinlin

QUOTE (chinlin @ Feb 23 2006, 02:32 AM)

QUOTE (Mel_Huang @ Feb 21 2006, 09:44 PM) 照這個公式推算, 如果以1/2來算直升機昇力的話 兩支主旋翼總昇力L=空氣密度d*主旋翼的速度平方*主旋翼面積s*昇力係數CL 其中空氣密度要查表, 因為高度不同空氣密度不同 主旋翼速度要先定義轉速, 求得角速度θ, 才能繼續計算主旋翼速度 昇力係數CL得依翼型及攻角決定, 我想應該有表可以查 由於直升機主旋翼是以旋轉的方式獲得與空氣的相對速度, 因此在固定的角速度下, 離主軸的距離不同, 與空氣的相對速度也不同, 因此以上的公式得以積分方式算出每個距離的昇力總和, 其中主旋翼的速度為2πr(離主軸的距離)*θ, L=∫(d*(2πr*θ)^2*s*CL) dr 積分範圍r就是從主旋翼內側離主軸的距離(r不是從0開始, 因為夾座不算)到最外側離主軸的距離 不知有沒有前輩可以幫忙指正 真棒..你這積分關念..帶給我些啟示... 看起來蠻make sense...再資料應該就更清楚了!!:) 但是,你列的formula應該有積到重覆cover到的面積吧? 其怪的是, text book都只講lift公式.... 整體的馬力計算, 升力關連都沒題到 @_@

好像不能這樣算哪......
這個公式如果在停懸狀態(空速0的話),就沒辦法算升力!!

這篇有篇文章提到這樣的問題~~~
http://www.aerospaceweb.org/question/aerod...ics/q0037.shtml

因為直昇機旋翼的升力太過複雜, 需要momentum theory跟blade element theory一起考量
挖哩勒 真精采

tudole

QUOTE (chinlin @ Feb 21 2006, 03:03 AM)

氣體動力學 加分題 請教高手們 我看了一本直昇機氣體動力學 提到一個blade升力的算法(不考慮有風的狀況與translational lift) 那就是大家很熟悉的一般飛行翼的算法 Lift= (1/2) d. v^2. s. CL　 (註解:我看有些書是說model helicopter要用1/6去乘,不用1/2) L = Lift, which must equal the airplane's weight in pounds d = density of the air. This will change due to altitude. These values can be found in a I.C.A.O. Standard Atmosphere Table. v = velocity of an aircraft expressed in feet per second s = the wing area of an aircraft in square feet CL = Coefficient of lift , which is determined by the type of airfoil and angle of attack 現在我的問題來了 以上的公式是對一個blade來說對吧, 如果兩個blade 現在我的問題來了 以上的公式是對一個blade來說對, 如果兩個blade Q1. 那升力=d. v^2. s. CL 了 對嘛? Q2. 這個升力公式該如何套用旋轉中的主旋槳呢? Q3. 升力要根據轉速有多快, pitch變化狀況, 所產生的最大的昇力也只有在公式那個值範圍內嘛? 一題4分

這個公式是用在一般定翼機的 如果用在旋翼機高速前飛的情形 可以將旋翼是為一個圓盤型機翼 勉強可以用這公式 但是要稍做修正

L = 1/2 * RHO * V^2 * S * CL/(Pi * AR * e)

Where

RHO = density of air in (slug/ft^3) -- the same as "d" in chinlin's equation
V = air speed in ft/sec
Pi = 3.1416159
AR = Aspect ratio
e = 0.9


如果我們用blade element theory來計算每一知槳葉的升力:

L = 1/2 RHO * OMEGA^2 * R * a * c * (THETAt - PHIt) (積分 0-R)r dr

Where

OMEGA 旋翼角速度 (rad/sec)
R 旋翼半徑 (ft)
a 升力曲線 (-)
c 翼玹 (ft)
THETAt 節距
PHIt 下洗角

chinlin

請教航空大師

怕抓錯意思 在問你確任知識吸收是否有誤差~

何謂ground resonance,mast bumping 跟 wake 問題?

tudole

ground resonance and in-air resonance 是因為葉片的 lead-lag motion 所造成的
RC直昇機通常沒有ground resonanc 但是電動直昇機常常有in-air resonance
我一直想寫一篇有關in-air resonanc的專題 但是因為太懶(我中打是龜速)一直都只是想一想而已 in-air resonance 最常見的就是點頭的問題(但是並不一定) 因為電直比油直輕很多 所以比較容易有這現象

resonnance 只有hinged rotor才會有 因為再blade上下擺動時外加主軸旋轉 blade 上會產升coriolis effect 使blade 前後擺動(這就是為什麼你可以發現你的翼夾上有磨痕) 兩片旋翼不一定是對稱的擺動 質量移位造成重心改變 所以如同主軸上有不平衡的質量 而造成 1/(n OMEGA) 的震動 通常小幅的震動會被機身的結構吸收 但是如果剛好有之起落架與地面接觸 有可能讓震動發散(ground resonance). 如果是發生在天上就叫 air resonance

mast bumping 我不隻到所指為何 要看上下文 有可能是因為飛機進入vortex ring state 所造成的 buffet

wake 我想你指的是 rotor wake, 簡單的說就是尾流

chinlin

感謝 航空大師的精闢祥解

mast bumping我的解讀好像是說rotor操作控制操出範圍, 把mast給頂出去了...
來帶主旋槳也會飛ㄌ出去...墜機的慘狀... collective/cyclic最好別頂太過...
好像跟跳舵有點像.... 說ㄉ有點誇張... 見笑ㄌ

不過in-air resonace 到沒看過..再查查

再一ㄍ小問題
phase angle跟advanced angle有什區別呢(on pitch horn / pitch link)
特別是advanced angle的圖 看了半天 沒抓到他的精神在

dereklai

好像大師們的討論有點超過學生們的程度。
這些直昇機原理的基礎課程，可以請chinlin, tudole, ...等大大開個按部就班的課程嗎？
謝謝！

chinlin

hi 我也在努力學習中 不過有個好康的電子書
有興趣可以下載 (以前post過, 在post一次)
http://www.faa.gov/library/manuals/aircraf...a-h-8083-21.pdf
直升機基本的觀念
相當清楚

建議學習流程:

1.瞭解定義
2.抓住精神
3.反覆練習
4.多參考不同的資料,加深觀念理解
5.多看不同直升機旋翼頭 試著去理解傳動原理 一次看不懂
　多看幾次...n次就會懂
6.可以自己嘗識設計model, 體驗感覺
7.學習循環多作幾次..慢慢有一天 天時地利...或許,你就是直升機開發的老版了~

以後稿不好 是直升機生產大國也不一定... Republic Of Copters (ROC)
呵呵..