| 但固定尾迹未考虑尾迹的收缩和涡线的畸变，因而与实际尾迹的形状有一定的差别
2.3.2半经验涡流理论――预定尾迹
预定尾迹时根据流动显示实验，通过总结出桨尖涡和内段涡面结构随旋翼参数变化的半径验公式来确定尾迹的几何形状，从而可计入涡线实际的收缩并改进涡系的轴向位移。五十年代，Gray基于烟流显示实验数据第一次得出了悬停旋翼单片桨叶的尾迹结构。旋翼尾迹由迅速卷起的桨尖涡和内段涡面组成，前者在流场的影响中占主导地位，而内段涡面的向下移动速度在外侧比桨尖涡的要快，且随径向位置的减小而减小。
Landgrebe在70年代采用流场显示方法，对各种桨叶在不同工况下进行了大量的测量，获得了丰富的尾迹几何形状数据，进而总结出了旋翼尾迹的通用表达式。1976年，Kocureckt进行了旋翼尾迹的纹影流动显示实验，并基于升力面理论的推导和实验结果，改进了桨尖涡的位移公式，更细致地考虑了桨叶扭转的影响，从而形成了旋翼流场的预定尾迹分析方法。预定尾迹法首先利用一个预定的螺旋形尾迹经过计算得到桨叶环量分布，然后以环量分布计算尾迹诱导流场，进而对初始的预定尾迹进行修正，在一定范围内能得到较准确的结果。因此曾一度成为尾迹分析方法的主流。但预定尾迹公式的主要缺点就在于不能详细考虑实际尾迹的各种影响，特别是不能适合于具有新型桨尖形状的现代旋翼，只适用于矩形桨叶和悬停状态。而且由于实验不可能包括所有的飞行状态，所以预定尾迹分析方法只能在一定范围内能得到较为精确的结果。
2.3.3现代涡流理论――自由尾迹
自由尾迹分析法的出现早于预定尾迹分析法，但因其过于复杂。而当时的计算机技术还很落后，难于付诸于实用，所以只好转向以实验为基础的预定尾迹法。随着计算机技术的迅猛发展，自由涡技术取得了长足的进展，现已成为直升机尾迹分析的主流。自由尾迹分析法计入尾流速度的不均匀性，认为旋翼的尾涡系按照当地速度延伸，允许涡线自由地移动，最后得到形状畸变的涡系。由自由涡面不承力条件，通过逐次迭代，确定所有站点的位置和速度，从而得到自由尾迹的形状和流场诱速分布。
七十年代初，Clark等人首先将自由尾迹方法应用于悬停旋翼的尾迹分析。Clark在随桨叶旋转的坐标系中给出了悬停问题的一个空间迭代方法。后来，Miller提出了一个简化的悬停旋翼自由尾迹模型，将尾迹区分成近、中、远三个区域，近尾迹考虑全部涡线；中尾迹简化为尖部、根部和中间的三根涡线；远尾迹则由半无限长的柱体表示。
在自由尾迹求解过程中，常会遇到尾迹求解的数值不稳定问题。80年代，D.B.Blsis等人发展了一种悬停尾迹分析的空间方法，可以避免自由尾迹分析中的不稳定收敛问题，并在分析计算中，用曲线涡元替代了直线涡元，提高了模拟尾迹的精度。1993年，W.O.Milelr发展了一种效率高的快速自适应分解方法，用来解旋翼自由尾迹问题的微分方程。由于计算机技术的迅速发展，新近的自由尾迹分析都倾向于全展自由尾迹分析，虽然从理论上来说，自由尾迹分析可以给出更为实际的尾迹形状，但是在数学处理上要复杂得多。自由尾迹分析方法的主要缺点在于其过于复杂，计算工作量非常大。
2.3.4涡流理论的改进——自由涡系
从上述经典涡流理论中，可以得到关于诱导速度和气动特性的整套的解析表达式，简明清晰，便于分析各参数的物理意义，用于旋翼性能计算也得到较好的结果，但该理论有两点不足：
（1）假定旋翼桨叶的附着涡沿桨盘均匀分布，即桨叶片数为无限多，因而不能分析诱导速度随时间的变化，不能计及桨叶之间的干扰。
（2）假定所有桨叶尾涡按照同一的等效速度向后延伸(因而涡系具有规则的形状)，没
有计入尾流速度不均匀对尾涡延伸的影响，即不计涡系形状的畸变。
由于以上假定，求出的诱导速度分布不够精确，由此导致旋翼诱导功率、桨叶失速
边界及桨叶动载荷结果皆偏于乐观。
在经典涡系的基础上，计入尾流速度的不均匀，认为尾涡按照当地速度延伸，即可得到自由涡系。实际应用的桨叶涡系可以简化为由一条附着涡线(或涡面)、一条桨尖涡线、一条桨根涡线及若干条内部涡线组成。计算时将各涡线用许多微段联成的折代替，根据自由涡线在流场中不受力的条件，即可确定所有折点的位置和速度，从而得到自由涡系的形状和流场速度分布。
自由涡系模型计入了桨叶片数的影响，包括叶间干扰和旋转中桨叶位置的变化，又按照流场速度分布确定涡系的几何形状，因而能够给出较真实的诱导速度分布及瞬时值，但由于涡系几何形状的复杂和反复迭代运算，工作量很大，因而只能借助计算机求出数值解。
2.4三种旋翼理论之间的关系
（1）滑流理论的优点是数学模型简单，物理概念清楚。经过简单的运算得到拉力、功率与速度之间的关系。其缺点是只从气流速度趵变化关系来研究旋翼的气动力特性，没有考虑旋翼的几何特性和气流的粘性。而且计算中假定诱导速度均匀分布，这显然不准确，同时利用滑流理论只能确定桨盘和下游无穷远处的诱导速度。 2/3 首页 上一页 1 2 3 下一页 尾页 |
