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标题: 基础理论的探讨：影响直升机反扭力的因素 [打印本页]
作者: laowenxu    时间: 2014-2-17 17:29
标题: 基础理论的探讨：影响直升机反扭力的因素
曾经自以为对直升机原理了解甚多，可随着装机、修机、改机越来越多，突然发现其实知之甚少啊，实在是汗颜

这个反扭力，曾经让自己损失一架450，也是这个反扭力，也让改机后无法良好锁尾。于是想和大家讨论下，单就电直模型而言，影响反扭力的因素有哪些。

个人分析有以下几个因素：

1、大桨转速与螺距
     之所以把转速和螺距放在一起，是因为反扭力的来源是大桨转动受到了空气阻力，而空气阻力应该和大桨转速和螺距都有关系，转速和螺距又有以下几种搭配关系：
     A. 高转速和大螺距
     B. 低转速和大螺距
     C. 高转速和小螺距
     D. 低转速和小螺距
     想探讨的问题有：
     a. 上述4种搭配，所产生的反扭力大小排序如何？
     b. 上述4种搭配，使用同样尾桨的情况下，哪种搭配锁尾效果最好？
     讨论的前提是4种搭配均能使电直稳定悬停

2、在转速与螺距一致的前提下，大桨桨叶的数量是否影响反扭力大小？
     个人观点是桨叶数量越多，反扭力越大，因为桨叶受到的空气阻力更大

3、大桨的重量和重心会影响反扭力大小吗？

欢迎高手大侠们不吝赐教啊


作者: keyzheng    时间: 2014-2-17 17:52



大桨中量和中心肯定会影响的，而且是个不可忽视的影响，有转动惯量，就要有惯量守恒。
作者: teana    时间: 2014-2-17 18:14
没有什么理论支持，只是凭自己在飞行中的感觉，觉得这个反扭力和转速有关，和螺距没啥关系。转速的突然变化会导致反扭力变化，陀螺仪和尾舵机跟不上就会出现锁尾问题，这种情况在悬停模式下比较明显，因为转速变化剧烈。而3D或定速模式好些，但也会出现，因为再好的定速也不是绝对定速，负荷的改变也会产生转速的波动，只是幅度比较小而已，螺距的变化就是导致转速波动的原因，而螺距本身并不能影响到反扭力
作者: jing_lee    时间: 2014-2-17 18:37
质量和重心只是影响惯性动能，转速恒定时和反扭没关系。转速恒定时，反扭就是空气对大桨阻力的反作用力。

作者: 回不去的火星人    时间: 2014-2-17 19:12
1，升阻比，无他
2，转速和阻力并不成正比，桨叶数量多了，产生同样升力前提下转速也低。所以，不一定，或者参考高等空气动力学著作，或者实验确定吧
3，不影响

作者: zhangpengsir    时间: 2014-2-17 19:17
C. 高转速和小螺距，锁尾效果最好~

我觉得螺距会影响反扭力，大桨功角改变，空气阻力一定会有变化！

多桨，反扭力更大，桨叶重量和反扭力关系也很大！
作者: david问天    时间: 2014-2-17 19:19
等结果
作者: nice女武神    时间: 2014-2-17 19:53



前提不对啊  

     A. 高转速和大螺距
     B. 低转速和大螺距
     C. 高转速和小螺距
     D. 低转速和小螺距

这里4种情况不可能都能稳定悬停 差的太多了



作者: aiermoduola    时间: 2014-2-17 20:29
低速 小螺距 反扭最小 毫无疑问
作者: aiermoduola    时间: 2014-2-17 20:34
个人感觉要有更好的锁尾效果  可以  加大尾桨  加长尾管 提高尾桨转速 降低主旋翼高度 如dfc  我瞎说的
作者: 快捷修理    时间: 2014-2-17 20:48
楼主提出4种悬停情况,意思是升力几乎相等的时候,看谁的反扭力大吧,
事实上反扭力只取决于马达的输出扭力,哪种情况最耗电,扭力相应也大,

这跟大桨的转速没有直接关系,比如你切熄火,大桨仍然会惯性转动,
而马达已经停止了,此时是没有反扭力的
作者: caoli    时间: 2014-2-17 20:55
大桨惯性转动也会产生反扭力！
作者: laowenxu    时间: 2014-2-17 20:56
快捷修理 发表于 2014-2-17 20:48
楼主提出4种悬停情况,意思是升力几乎相等的时候,看谁的反扭力大吧,
事实上反扭力只取决于马达的输出扭力, ...


是的，反扭力确实等于马达的输出扭力，可问题就在于马达又为何要输出扭力呢？不就是为了让大桨保持一定的转速和螺距吗？大桨要保持转速和螺距，必须要克服空气阻力才行，而且这个阻力和大桨的转速及螺距是一种正相关关系，于是空气阻力通过大桨传给了电机，电机又将该力传导至机身从而产生了相应大小的反扭力，于是反扭力就和大桨转速及螺距相关了。这里电机是个中间媒介，没有了它，空气阻力无法传导至机身，于是你切熄火的时候就没有了反扭力，同时大桨因惯性而继续转动，但转速会因空气阻力而变低，之前因转速而获得的能量也在与空气的对抗中消耗殆尽。是这样吧？
作者: laowenxu    时间: 2014-2-17 21:01
nice女武神 发表于 2014-2-17 19:53
前提不对啊  

     A. 高转速和大螺距


有一定道理，这4种情况中前3种我认为是存在的，第4种嘛，我是为了对称而加上去的，大家不妨也琢磨下

不过对于同一架鸡鸡，第1种情况下的姿态可能和其他的不一样，比如，此时鸡鸡应该是上升而不是悬停

作者: laowenxu    时间: 2014-2-17 21:05
teana 发表于 2014-2-17 18:14
没有什么理论支持，只是凭自己在飞行中的感觉，觉得这个反扭力和转速有关，和螺距没啥关系。转速的突然变化 ...


谢天籁兄指点。但对螺距不影响反扭力持保留意见。比如你所说的定速情况，假定能达到理论上的定速，当鸡鸡从悬停状态开始上升时，必须靠增大螺距来实现，此时大桨是否会受到更大的空气阻力？那为了克服这个阻力，电机是不是应该输出更大的扭力？有了电机的更大扭力，反扭力是不是也相应增加？
作者: 惯匪    时间: 2014-2-17 21:22
太深奥了。
作者: 快捷修理    时间: 2014-2-17 21:37
本帖最后由 快捷修理 于 2014-2-17 21:42 编辑

所以我的意思,直接测量马达悬停时的电流,就可以知道哪种情况反扭力大
排除A和D不能稳定悬停的情况,只要测量B和C的情况就可以了


作者: 快捷修理    时间: 2014-2-17 21:39
caoli 发表于 2014-2-17 20:55
大桨惯性转动也会产生反扭力！

补好力学基础知识再来讨论好吗
作者: 大怪兽萝莉叔叔    时间: 2014-2-17 21:46
受教了
作者: teana    时间: 2014-2-17 22:38
laowenxu 发表于 2014-2-17 21:05
谢天籁兄指点。但对螺距不影响反扭力持保留意见。比如你所说的定速情况，假定能达到理论上的定速，当鸡 ...

这个我也弄不明白。我觉得螺距增加，电机的扭力要增加，但增加的扭力输出并没有作用在机身的水平扭力方向上，而是转化为垂直的升力了，只有旋转能够产生水平方向的力，而且越快这个力越大……有点乱，还是等等看有没有明白人给解释一下吧

作者: jing_lee    时间: 2014-2-17 23:24
本帖最后由 jing_lee 于 2014-2-17 23:46 编辑

马达输出的扭矩当然不是等于机身的反扭，马达的扭矩大部分都转化为飞机的升力了（大桨旋转压缩空气的反作用力），只有带动大桨克服空气的阻力（径向的阻力）所消耗的能量成为了反扭。


作者: jing_lee    时间: 2014-2-18 00:08
所以，其他条件不变时，一：大桨转速越高，反扭越大；二：大桨螺距越大，反扭越大；三：飞机越重，反扭越大。
作者: 1027780496    时间: 2014-2-18 00:09
新手前来学习的
作者: laowenxu    时间: 2014-2-18 00:10
快捷修理 发表于 2014-2-17 21:37
所以我的意思,直接测量马达悬停时的电流,就可以知道哪种情况反扭力大
排除A和D不能稳定悬停的情况,只要测 ...


高手把万千外部因素集中到一个点上去分析了。

完全同意，个人也觉得无论其他何种因素变化导致反扭力变化，都会通过电机的输出扭力反作用于机身而形成对等的反扭力，因而通过测量电流来相应比较扭力大小，自然可以知道哪些因素会引起反扭力的变化。

但问题是，现实中如何测量这个电流，这个我不懂，猜测是不是带个能测电流并象V8记录震动那样实时记录电流的小玩意儿上去就可以了。也正因为暂时做不到这点，所以才开这个帖子来从理论上探讨下影响反扭力的各种因素。

多谢指点！

作者: hongbo    时间: 2014-2-18 00:35
路过
作者: caoli    时间: 2014-2-18 06:47
快捷修理 发表于 2014-2-17 21:39
补好力学基础知识再来讨论好吗

是的，我觉得你真应该补一补了。
作者: 快捷修理    时间: 2014-2-18 08:14
要测量这个电流也很简单，在电池和电调的输入之间串接高精度DC电流表就可以了，
以前记得还有一种带电流检测的电量显示器，不知道现在还有没有得卖
作者: rocket321    时间: 2014-2-18 14:33
菜鸟收藏先
作者: loywong    时间: 2014-2-18 14:36
本帖最后由 loywong 于 2014-2-19 00:40 编辑


以下包含部分个人见解，或有不妥，望指正。

单纯看扭矩跟转速和螺距的关系：
反向扭矩是浆各处阻力与该处半径之积的积分，浆形确定，则扭矩与阻力成正比。
阻力等于空气密度、浆速（各处均正比于转速）平方、浆面积和“阻力系数”之积的一半。
这个“阻力系数”比较麻烦，一般靠实验测定，拟合出来一般是一个常数分量加上一个与迎角的不到2次方（比如1.8次方）成正比的分量之和。
所以，同比例变化下（未必有什么参考价值），转速对反向扭矩的影响比螺距更甚。

对于问题2，桨叶多少，决定浆面积。

如果都保证在悬停条件下，即保证升力一定，则诚如5楼所说！看“升阻比”（即升力与阻力的比）就好。
不过这个升阻比也不是个能简单表达的东西，不过同样的翼型，升阻比主要是迎角的函数。
大概以模型直升机的翼型，在很小的迎角时，升阻比与迎角成正比，迎角稍大（比如5°以上？），斜率下降，而到了10°左右，可能达到极限。
猜想通常悬停时，螺距不过几度，应该处于升阻比曲线的线性区域，于是，螺距越大升阻比越大，在保证同样的升力条件下（转速是被动变量），阻力越小，扭矩越小。

对于1，如要保证悬停，A、D中两个因素同大同小，未必能实现，与B、C无可比性，B、C中，则B的反向扭矩小，当然前提是，螺距不要大过10°左右。
如无论悬停与否，单比较A、D，应该A扭矩大无疑。

对于3，质量、质心在稳态时，无影响，但在转速变化时（比如刚熄火时），因为它们对转动惯量有贡献，而转速变化是[扭矩除以转动惯量得到的角加速度]的积分，所以是有影响的。

盛赞快捷修理兄的方法，基本上电机电流正比于输出扭矩（由电机的扭矩常量决定），测电流即测扭矩，直接了当。不过注意应该测量转速稳定时的稳定电流。
另外，切3D前后悬停应该刚好对应低速大螺距和高速小螺距，比较3D和非3D状态的续航时间应该也可以判断B和C。

作者: 锦州-小峰    时间: 2014-2-18 15:20
根本没看明白
作者: qjc    时间: 2014-2-18 23:58
对于锁尾效果，尾旋翼转速影响非常大。
作者: pilotgaowei    时间: 2014-4-27 23:18
俺也来说几句吧！马达给旋翼轴多大的力，反扭矩就多大，绝对不会错！再就是你说的转速和螺距的不同搭配！无论如何，电动机转速越小，反扭矩越小！如果转速时恒定的，螺距太大了，应该是大奖会掉转或者停转吧，我猜的！ 从真机来说，我只知道如果旋翼转速不变，螺距越大反扭矩肯定越大，因为这时候发动机的输出功率也变大了！反过来再说说航模，如果能保证任何螺距情况下，电机转速绝对恒定，反扭矩不变，这和升力大小无关!实际上很难做到这一点吧？螺距大了，转速应该会减小一点吧？那这时候反扭矩反而是减小了！至于定速情况小螺距为零电机转速会不会增大我就不知道了，刚回家，翻翻帖子，看到了就瞎说几句！
作者: laowenxu    时间: 2014-4-28 14:08
pilotgaowei 发表于 2014-4-27 23:18
俺也来说几句吧！马达给旋翼轴多大的力，反扭矩就多大，绝对不会错！再就是你说的转速和螺距的不同搭配！无 ...

不纠结了，这两天都给我补那么多课了哈




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