直升机尾浆作用原理演示实验
一．实验目的
1．
熟悉动量矩的概念，正确理解动量矩定理；
2．
增强工程概念，掌握直升机尾浆作用原理、航向控制及升力产生的有关机理。
二．实验设备（仪器）
直升机尾浆作用原理实验装置，见图 1
图1
三．实验原理
直升机飞行时，一方面将受到重力 W的作用。另一方面，在发动机的驱动下，旋翼将发动机（及机身）作用在其上的驱动力耦 M’，从而驱使旋翼绕 z轴旋转，与此同时，旋翼旋转时还会受到空气动力的作用，作用在旋翼上的空气动力可简化为一个阻力耦 Mr和一个升力 F。因此，如果直升机没有安装尾浆或尾浆没有打开，直升机整体、旋翼以及机身的受力分别如图 2—图 4所示。
由图 3可见，在一定的条件下，旋翼可绕 z轴作稳态旋转。但由图 4可见，由于此时尾浆没有打开，由对 z轴的动量矩定理可知，机身将会绕 z轴沿着与旋翼相反的方向旋转，这当然是我们所不希望的。
打开尾浆，将会在尾浆上产生一个空气动力 P，此时直升机整体、以及机身的受力分别如图 5、图 6所示，调整尾浆的转速，就可以使得作用在尾浆上的空气动力 P对 z轴的矩恰好与旋翼对机身的作用力矩相等，根据对 z轴的动量矩定理，如开始时机身不旋转，则机身不会绕 z轴旋转。若此时进一步增加
1
尾浆的转速，则 P对 z轴的矩将大于旋翼对机身的作用力矩，从而可以使机身绕 z轴沿着与旋翼相同的方向旋转。这样一来，就可以调整机身的方向了。
图 2图 3
图 4
图 5图 6
四．实验步骤
1．
接通电源；
2．
打开旋翼驱动电机，并调整电机的转速，观察所发生的现象；
3．
使旋翼驱动电机反向旋转，观察所发生的现象；
4．
打开尾桨驱动电机，并调整电机的转速，观察所发生的现象；
5．
使尾桨驱动电机反向旋转，观察所发生的现象；
6．
同时调整旋翼驱动电机和尾桨驱动电机的转速和转向，直至机身停止旋转；
7．
增加或减小尾桨驱动电机的转速，观察所发生的现象。
2
五．实验要求
在整个实验过程中，要求学生集中注意力反复观察实验现象，总结规律，并应用动量矩定理进行解释。
六．问题讨论
1．
试用动量矩定理来解释：
a．跳水运动员是如何控制身体在空中的旋转速度？
b．蕾舞演员又是如何调整身体绕脚尖的旋转速度？
2．试举出
1-2个生活或工程中应用动量矩定理的例子，并作出定性分析，说明其工作机理。
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