直升机悬停及垂直飞行

悬挂式

悬停是指直升机在一定高度上保持其航向和对地标的固定位置。直升飞机的这种飞行特性不仅可以适应多种任务的需要，而且还可以扩大其使用范围。不管是高楼大厦的楼顶平台，还是狭小的山沟平地，它都可以起降自如，执行多种任务。所以，悬停是直升机所特有的飞行状态，有别于普通固定翼飞机。尽管某些特殊飞机，如喷口转向飞机，也可以进行短期悬停，但其产生的推力要远远大于飞机重力喷口对直升机旋翼桨盘的载荷，因此，不方便使此类飞机在相同重量的情况下悬停所需的动力远远高于直升机，而且诱导速度太大，使得悬停操作的环境条件大大恶化。另外，垂直起落飞机喷口对地面严重烧蚀等问题也限制了此类飞机的使用范围。

直升飞机在悬停状态下的力能和需要功率

悬停状态下，单旋翼直升机的力平衡情况如下图所示。旋转翼拉力T1在铅垂面的升力与全拉伸飞行重力G。

均衡；用来平衡反扭矩的尾桨推力T型尾桨等于旋翼水平侧分力T3。就是。

垂直方向：T1=G。

横向：T型尾部=T3。

悬停状态下，直升机的需用功率由上旋冀所需的尾桨功率和驱动功率组成，而旋翼的需用功率主要由两个部分组成：(1)旋翼产生拉力的代价——诱导功率P诱；(2)电于空气的粘性旋翼旋转时，克服旋翼阻力所需的功率——型阻功率P。就是。

悬停P=P诱+P型。

需要注意的是，旋翼悬停时的功率要求，比大多数前飞状态要高一点。因为悬停时流过桨盘的气流流量很小；根据动量定理，为了产生相同的拉力，悬停时旋翼的诱导速度需要稍大些，而诱导功率则与旋翼的拉力和诱导速度成正比。因此，悬停时的诱导功率比平飞时要大一些，而型阻功率损失主要取决于旋翼转速和桨叶结构。在直升机上，由于旋翼的转速和桨叶的构型很少随飞行状态的改变而改变，其型阻功率随飞行状态的变化也很小。总体而言，直升机各种飞行状态下的悬停要求功率都比较高。

竖直上升

直升飞机在周围障碍物较高的狭小场地悬停起飞后，不能以爬升飞行的方式超越障碍物，垂直上升飞行是跨越障碍物获得飞行高度的有效方法。直升机的垂直升降在上述情况下进行某些特殊空间和区域作业，具有很大的实用价值。

直升飞机垂直升降时的力和需要功率

直升飞机的垂直上升速度称为上升速率，用Vy表示。一般情况下，直升机的垂直上升速度不大，机身阻力与飞行重量G相比只有一小部分，可以忽略，因此直升机在垂直上升时的力平衡与悬停状态下大致相同。就是。

垂直方向：T1=G。

横向：T型尾部=T3。

旋翼在垂直上升时所需的功率，主要由三部分组成：诱导功率P诱；型阻功率P诱；旋翼上升做功所需的上升功率P诱，即。

垂升型=P诱型+P型+P型。

与悬停相比，尽管诱导功率随升降高度的增大而减小，但由于Vy的增大而被忽略的机体阻力的功率损失却增大了，这两项都是相当大的。型阻功率也可以视为与悬停功率相同。粗略分析中，可近似认为垂直上升时的P诱与P型时的P形之和等于悬停时旋翼所需功率。而上升功率P升=T1Vy，则与垂直上升速度成线性关系。这样，垂升时总需用功率大于悬停时的需用功率，并随着上升速率的增大而增大。

纵向下降。

直升飞机的垂直下降与垂直上升相反，直升飞机可以在有高障碍物包围的狭窄场地降落。在此过程中，旋翼的诱导速度与其运动的相对来流方向相反，流经桨盘的两股相反方向的气流使得旋翼流场更为复杂。随著下降速率的增加，两个流速数值非常接近时，上升机会进入不稳定的“涡环状态”，此时流过旋翼气流的流动规律已不能用经典的动量理论来反映，通常采用基于实验的半经验理论来描述。以下着重介绍旋翼在垂直下降过程中所特有的这个物理现象和相关问题。

直升飞机垂直降落时的力和需要功率。

垂降基本上与悬停和垂升的力平衡相同，即。

垂直方向：T1=G。

横截面：T=T3。

旋奠在垂直下降时的需用功率，与垂直上升相似，可以写出来。

垂落数=P诱数+P型+P型。

所需功率和垂直上升之间的差异主要表现在两个方面：(1)P降的Vy值为负值；也就是重力作用下，旋翼气流获得能量。当垂直下降速度较小时，P诱旋翼周围不规则紊乱的气流会引起P诱旋翼垂直下降状态下的功率增加；直升飞机在垂直降落时，旋翼从降落中获得的能量，在很大的速度范围内，消耗到诱导动力上。