直升機空氣動力學(xué)教學(xué)大綱課程編號

01101110開課學(xué)院

一院開課系

飛行器設(shè)計課程名稱

中文

直升機空氣動力學(xué)

課程類別

必修課

英文

HelicopterAerodynamics課程學(xué)時

總學(xué)時

理論教學(xué)

實驗教學(xué)

上機

課程設(shè)計

48

36

8

4

0課程簡介：直升機空氣動力學(xué)是一門面向航空航天學(xué)科“飛行器設(shè)計與工程”國防重點專業(yè)本科生開設(shè)的十分重要的專業(yè)/專業(yè)基礎(chǔ)課程。它既是一門理論性強、發(fā)展成熟、研究對象十分復(fù)雜的專業(yè)基礎(chǔ)課，又是一門實踐性很強的工程學(xué)課程。它是直升機專業(yè)所有后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，同時又有很強的工程應(yīng)用背景。本課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握直升機空氣動力學(xué)的基本理論、基本規(guī)律和研究方法，為學(xué)習(xí)有關(guān)的后繼課程打好必要的基礎(chǔ)；使學(xué)生初步學(xué)會應(yīng)用直升機空氣動力學(xué)的理論和方法，解決一些簡單的工程實際問題，如直升機旋翼的初步設(shè)計，直升機性能的計算等；結(jié)合本課程的特點，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、抽象能力、自學(xué)能力、數(shù)值計算能力、綜合能力和工程應(yīng)用能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程、開展科學(xué)研究打好基礎(chǔ)。前修課程、能力和知識結(jié)構(gòu)要求：先修課程：高等數(shù)學(xué)、數(shù)理方程、大學(xué)物理、工程力學(xué)、空氣動力學(xué)等。主要能力和知識結(jié)構(gòu)：學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程時應(yīng)具備矢量分析、解析幾何、微積分、常微分方程、工程力學(xué)、空氣動力學(xué)或流體力學(xué)等方面的基礎(chǔ)知識，具有大學(xué)物理實驗和計算機編程的基本技能，有航空航天、機械設(shè)計方面的工程背景。課程結(jié)構(gòu)說明：教學(xué)內(nèi)容課程概論（2學(xué)時）通過介紹直升機的作用與用途，闡述直升機及直升機（主要是旋翼）空氣動力學(xué)的發(fā)展歷史、研究對象、研究內(nèi)容、研究方法、學(xué)習(xí)目的、教學(xué)安排、教學(xué)要求等，使學(xué)生對本課程有一個總的和初步的了解。主要知識點：直升機的應(yīng)用、旋翼空氣動力學(xué)的研究對象、研究內(nèi)容、研究方法。（一）、垂直飛行理論（14學(xué)時）本篇主要闡述研究直升機垂直飛行時旋翼空氣動力學(xué)的三大理論：垂直飛行時的滑流理論、葉素理論和渦流理論。這三大理論是本門課程的核心，它是分析研究旋翼垂直飛行和前飛時的基礎(chǔ)理論和基本方法。第一章垂直飛行時的滑流理論（4學(xué)時）本章講述空氣動力學(xué)的基本概念和基本規(guī)律，建立旋翼垂直運動狀態(tài)的滑流模型，應(yīng)用空氣動力學(xué)的基本理論，推導(dǎo)出垂直飛行時旋翼的拉力、功率和效率公式等。結(jié)合直升機的實際情況，把導(dǎo)出的公式應(yīng)用到懸停狀態(tài)，以及應(yīng)用到旋翼相關(guān)參數(shù)的設(shè)計中。本章主要知識點：旋翼滑流理論的基礎(chǔ)、建模方法和相關(guān)結(jié)論及應(yīng)用。本章要求熟練掌握知識點并能應(yīng)用。本章重點：旋翼垂直飛行時的滑流理論及應(yīng)用。第二章垂直飛行時的葉素理論（4學(xué)時）本章講述翼型氣動特性分析的基本概念和基本規(guī)律，建立旋翼垂直運動狀態(tài)的槳葉葉素理論模型，應(yīng)用空氣動力學(xué)的基本理論，推導(dǎo)出垂直飛行時旋翼的氣動特性。本章重點：旋翼垂直飛行時的葉素理論及應(yīng)用。第三章垂直飛行時的渦流理論（6學(xué)時）本章首先建立旋翼垂直運動狀態(tài)下的渦系理論模型，應(yīng)用空氣動力學(xué)的基本理論，推導(dǎo)出垂直飛行時旋翼渦系的誘導(dǎo)速度計算公式，以及旋翼的拉力和功率公式等。并把導(dǎo)出的公式應(yīng)用到旋翼槳葉相關(guān)參數(shù)的設(shè)計中。本章主要知識點：旋翼渦流理論的基礎(chǔ)、渦系模型的建模方法和相關(guān)結(jié)論及應(yīng)用。本章要求熟練掌握知識點并能應(yīng)用。本章重點：旋翼垂直飛行時的渦系模型、渦流理論及應(yīng)用。（二）、前飛理論（16學(xué)時）本篇主要講述直升機前飛時旋翼空氣動力學(xué)的三大理論：前飛時的滑流理論、葉素理論和渦流理論。重點闡述旋翼前飛時的氣動環(huán)境對旋翼槳葉運動的影響，特別要闡述清楚前飛時旋翼槳葉的工作原理，以及槳葉揮舞、擺振運動的機理等。第四章前飛時旋翼槳葉的工作原理（4學(xué)時）本章主要講述前飛時旋翼槳葉的工作原理，包括前飛時旋翼槳葉的氣動環(huán)境、槳葉的揮舞運動、槳葉的擺振運動、槳葉的變距運動及旋翼操縱原理。本章的重點和難點是槳葉的揮舞運動和槳葉變距運動及旋翼操縱原理，也是本門課程的重點和難點之一。本章要求熟練掌握槳葉揮舞、變距運動的機理以及旋翼的操縱原理。第五章前飛時的滑流理論（4學(xué)時）本章把滑流理論應(yīng)用到旋翼前飛時的狀態(tài)。建立旋翼前飛運動的滑流模型，運用矢量合成與分解的方法，推導(dǎo)出前飛時旋翼的拉力、功率公式等。掌握槳盤處的誘導(dǎo)速度與前飛速度的關(guān)系，以及旋翼前飛時誘導(dǎo)速度減小、需用功率降低的物理機理。第六章前飛時的葉素理論（4學(xué)時）本章闡述葉素理論對旋翼槳葉前飛時的應(yīng)用。利用分析垂直飛行時的類似方法，建立旋翼槳葉前飛時的葉素理論模型，應(yīng)用翼型氣動特性分析的基本概念和基本規(guī)律，推導(dǎo)前飛時旋翼的氣動特性公式。本章重點：旋翼槳葉剖面的工作環(huán)境分析及旋翼拉力、后向力、側(cè)向力、揮舞系數(shù)等推導(dǎo)。第七章前飛時的渦流理論（4學(xué)時）本章首先分析前飛與垂直飛行狀態(tài)旋翼尾流的異同，建立旋翼前飛狀態(tài)下的渦系理論模型，推導(dǎo)前飛時旋翼渦系的誘導(dǎo)速度及拉力系數(shù)等計算公式，用簡化處理的方法，導(dǎo)出旋翼前飛時槳葉的氣流分離界限及需用功率修正系數(shù)等。本章重點：旋翼前飛時的渦系模型、渦流理論及相關(guān)應(yīng)用。（三）、性能計算（6學(xué)時）本篇主要講述直升機垂直飛行和前飛性能的計算，重點闡述直升機前飛時的廢阻、需用功率、平飛性能、爬升性能、續(xù)航性能、自轉(zhuǎn)性能、飛行包線以及某些特殊性能的計算方法。第八章直升機的垂直飛行性能計算（2學(xué)時）本章講述直升機垂直飛行時的性能計算，包括垂直飛行性能計算的目標、任務(wù)、內(nèi)容、方法和實例。第九章直升機的前飛性能（2學(xué)時）本章講述直升機前飛性能計算，包括前飛性能計算的目標、任務(wù)、內(nèi)容、方法和實例。重點闡述直升機前飛時的廢阻、需用功率、平飛性能、爬升性能、續(xù)航性能、自轉(zhuǎn)性能、飛行包線以及某些特殊性能的計算方法和應(yīng)用實例。第十章直升機的特殊性能問題（2學(xué)時）本章講述直升機的特殊性能，包括地面效應(yīng)、渦環(huán)狀態(tài)、自轉(zhuǎn)飛行和自轉(zhuǎn)著落的物理現(xiàn)象、產(chǎn)生機理和處理方法。（四）、實驗（8學(xué)時）第十一章模型實驗（8學(xué)時）為了幫助學(xué)生更好地理解旋翼空氣動力學(xué)有關(guān)的物理想象、產(chǎn)生機理及其規(guī)律，掌握必要的實驗技能，本課程開設(shè)3個實驗，包括一個操作、一個設(shè)計和一個演示實驗。1）懸停旋翼槳盤誘導(dǎo)速度的測定（操作性實驗，2學(xué)時）：要求學(xué)生通過親自操作，學(xué)會一種流場測量方法，了解懸停旋翼軸向誘導(dǎo)速度分布，并與滑流等理論計算結(jié)果對比，分析理論的可靠程度。2）旋翼的吹風(fēng)揮舞運動試驗（演示性實驗，2學(xué)時）：要求學(xué)生通過觀察旋翼吹風(fēng)揮舞的演示實驗，了解旋翼的吹風(fēng)揮舞運動現(xiàn)象，以及槳盤傾角與旋翼轉(zhuǎn)速和吹風(fēng)速度的關(guān)系。3）懸停旋翼的地面效應(yīng)實驗（設(shè)計性實驗，4學(xué)時）：要求學(xué)生利用實驗室設(shè)備，設(shè)計一個測量懸停旋翼地面效應(yīng)的實驗。內(nèi)容包括實驗?zāi)康?、原理、?nèi)容、方法和步驟等，使用的儀器設(shè)備、測量的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理的方法以及實驗結(jié)果和分析。要求學(xué)生通過實驗，不僅提高動手能力，還要提高綜合能力。

（五）、直升機的平衡及穩(wěn)定性、操縱性導(dǎo)論（2學(xué)時）第十二章直升機的平衡及穩(wěn)定性、操縱性導(dǎo)論（2學(xué)時）本章講述直升機的飛行力學(xué)初步，包括直升機的平衡、穩(wěn)定性和操縱性的基本知識。教學(xué)進度與教時安排章節(jié)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時講授學(xué)時實踐學(xué)時緒論22第一章垂直飛行時的滑