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1.2 入流模型

入流指由于桨叶旋转所引起的垂直于桨盘的空气扰动，是影响翼型有效迎角的重要参数。入流有多种变化，并且十分复杂。入流模型大致分为线性入流模型、动力入流模型以及尾迹模型。

1.2.1 线性及动力入流模型

在1926年，Glauert[3]试图解决实验观察和理论计算的转子横向力从均匀入流的差异，提出了一个简单的一次谐波不均匀入流模型，其产生一个感应速度场，但在梯度KC未指定的情况下从转子盘的前缘到后缘纵向地增加。1934年，惠特利将梯度的预选值(KC=0.5)与从自动车收集的飞行试验数据相关联，他的一个结论就是桨盘运动在很大程度上取决于转子盘上的诱导速度分布，如果没有精确确定诱导流量，则不能严格计算。1944年，Seibel[4]研究表明，在模型bell30的飞行测试期间，在低速飞行状态下遇到的振动荷载是不均匀入流引起的。为了更好地定义转子盘上的感应速度以进一步振动研究，Coleman[5]等人在1945年推出了一个简化的涡流系统的转子(圆柱形尾流模型)，并用它来形成沿着转子盘的前后直径的感应速度的正常分量的分析公式。1947年，Brotherhood[6]对悬停引起的速度分布进行了飞行调查，结果表明，飞行试验测量与使用叶片动量理论计算出的值吻合良好。后来，Brotherhood和Steward[24]也报告了他们的飞行测试工作，在使用烟雾的前进飞行中指示流动模式。他们估计在测试的提前比例(0.14至0.19)范围内，梯度KC的值在1.3和1.6之间，Coleman[5]得出的估计值大大低估了KC值。他们还表明，基于潜在理论的Mangier和Square[25]的理论计算与其诱导速度的飞行试验测量没有很好的相关性。直到20世纪50年代初，所有关于提升转子的感应速度的研究都集中在静态或时间平均方面。1953年，Carpenter和Fridovich[26]为了研究瞬时转子推力和跳跃起飞操纵期间的入流积聚提出了一个动态入流模型。他们扩展了稳定流入的简单动量理论，包括参与加速度的表观空气质量的瞬态流入积累。使用该模型的计算结果与在直升机试验台上获得的实验数据非常一致。不幸的是，二十年后对诱导速度的动态方面的研究不再进一步。同时，继续完善提升转子及其附近感应速度理论的静态方面。

在20世纪50年代，NACA共同努力，进一步发展了Coleman等引入的简单涡旋理论。Castles和DeLeeuw[27]使在旋翼上接近均匀载荷的感应速度，而Heyson和Katzoff[28]对旋翼不均匀载荷的影响达到了NACA的标准，这些图仍然用于直升机行业，特别是在飞行力学。随着数字计算能力的提高，在二十世纪六十年代复杂的计算机代码使更复杂的规定旋转模型开发成为可能。在六十年代末期和七十年代初，Heyson[29]和Landgrebe[30]对美国在此期间使用涡流理论的静态入流模拟研究活动进行了很好的回顾。

1972年，Harris[7]公司发布了一套从控制良好的风洞试验获得的低速扰动数据：他使用各种静态入流模型(包括科尔曼模型，NACA图表和代表性的预处理计算机代码)来计算相关的扰动角度，使他的实验数据更加可行。他发现没有一种可用的方法能够以低前进比预测的横向摆动，一次谐波纵向分量的存在导致各种不期望的旋翼航空器特性，例如前面提到的低速飞行状态下的噪声和振动，以及具有大变化的移动速度和载荷因素，这可能导致旋翼航空器失控。

对于飞行动力学和控制应用，类似于最初由Glauert[3]提出的诱导速度的简单谐波，有限状态，不均匀入流模型仍被广泛使用。这种形式的模型更容易使用，结果在非实时环境中更容易解释。它是唯一不具有计算密集度的非均匀入流模型，因此可以在现代数字计算机上实现实时仿真。在1971年，Curtiss和Shupe[31]使用简单的动量理论扩展了Glauert[3]的模型，包括投球和滚动时刻的入流扰动。通过使用简单的漩涡，Ormiston和Peters[32]入流模型也开发出类似的一次谐波理论，并在Curtiss和Shupe[31]的工作基础上，运用Carpenter和Fridovich[8]引入的入流动力学概念，Peters[33]根据动量理论开发了更多完整的入动态流模型。Crews，Hohenemser和Ormiston[34]和Johnson也提出了类似于Peters的动态流动模型。Peters的动态入流模型使用系统识别方法验证了风洞数据。使用不稳定的执行器盘理论，Pitt和Peters[35]扩展了他自己的悬停模型，包括前进飞行条件，从而完成了在旋翼航空器动力学中广泛应用的三种形态一次谐波扰动的动态入流模型。对于飞行动态模拟发现非线性动态入流模型，如Carpenter和Fridovich和Peters代替线性版本通常是最合适的使用形式，因为推力和俯仰与滚动瞬时的总值而不是扰动值参与其中[9]。 (责任编辑：qin)