槳葉揮舞

槳葉揮舞

槳葉揮舞是由於沿著槳葉氣流入射速度分布不均勻而引起的運動,由於在前行和後行槳葉所受的升力會產生差異而導致升力不均勻,以及葉片非完全剛體,則會引起槳尖掃過的平面發生傾斜,從而產生槳葉揮舞現象。

中文名稱槳葉揮舞
英文名稱blade flapping
定  義旋翼槳葉旋轉時因氣動力、離心力、慣性力等作用而上下偏離構造旋轉平面的運動。槳葉與構造旋轉平面之間夾角稱揮舞角,以向上為正。
套用學科航空科技(一級學科),飛行原理(二級學科)
槳葉揮舞是由於沿著槳葉氣流入射速度分布不均勻而引起的運動,由於在前行和後行槳葉所受的升力會產生差異而導致升力不均勻,以及葉片非完全剛體,則會引起槳尖掃過的平面發生傾斜,從而產生槳葉揮舞現象,如圖2左,圖1所示,而產生槳葉揮舞動作。
向圖 3右中可以看出,向前飛行時,垂直於螺旋槳槳葉的入射速度在轉動一圈時不再是常數。這意味著前進和後退槳葉將產生不同的揮舞角,這將引起氣動力和氣動力矩的方向發生稍微傾斜的變化。
由於槳葉揮舞效應,槳拉力的方向實際上是垂直於槳葉旋轉平面,而非機體平面。由於揮舞角的不斷變化,會對飛行器姿態有所影響。
圖1 槳葉揮舞圖1 槳葉揮舞
四旋翼飛行器通常配備有小而輕、固定螺距的旋翼(多為塑膠材質、較大的有碳纖維材質)。
塑膠材質的旋翼是不是剛性的,在飛行過程中施加在旋翼上的空氣動力和慣性力是相當顯著,以至於使旋翼彎曲,產生槳葉揮舞現象。但由於四旋翼用的是很短小的螺旋槳。
槳葉揮舞等空氣動力效應及陀螺效應這些影響只會導致輕微的擾動,對於閉環系統影響不大,在分析中通常會被忽略掉。但這些基本的效果對於理解四旋翼是如何運動及其自然穩定性卻是非常重要的。
設傾斜角度為 ,可由葉片的離心-空氣動力-靜態加權瞬態系統的常值和正弦分量計算得到。
實際上,允許旋翼彎曲是一個重要的機械設計,過於僵硬的旋翼會將氣動力直接 傳遞到
圖2  懸停和前向運動時的入射速度分布圖2 懸停和前向運動時的入射速度分布
旋翼轂上、可能會導致電動機的機械故障。
槳葉揮舞和誘導阻力對理解四旋翼飛行器的固有穩定性具有重要意義。它們作用於旋翼平面,並影響於欠驅動的平移動態系統,因而需要特別注意。
如圖 1中所示,由於槳葉揮舞所產生的水平分量可視為一種抵消當前前進的阻尼。另外,當飛行器重心不在槳平面內,槳葉揮舞會產生額外力矩,甚至會對穩定性產生影響,在設計中需加以注意。

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