旋翼拉力产生的滑流理论和涡流理论

现以直升机处于垂直上升状态为例，应用滑流理论说明旋翼拉力产生的原因。此时，将流过旋翼的空气，或正确地说，受到旋翼作用的气流，整个地看做一根光滑流管加以单独处理。

假设空气是理想流体，没有粘性，也不可压缩； 旋转着的旋冀是一个均匀作用于空气的无限薄的圆盘(即桨盘)，流过桨盘的气流速度在桨盘处各点为一常数； 气流流过旋翼没有扭转(即不考虑旋翼的旋转影响)，在正常飞行中，滑流没有周期性的变化。

根据以上假设可以作出描述旋翼在：垂直上升状态下滑流的物理图像，如下图所示，图中选取三个滑流截面，So、S1和S2，在So面，气流速度就是直升机垂直上升速度Vo，压强为大气压Po，在S1的上面，气流速度增加到V1=Vo+v1，压强为P1上，在S1的下面，由于流动是连续的，所以速度仍是V1，但压强有了突跃Pl下＞P1上，P1下一P1上即旋翼向上的拉力。在S2面，气流速度继续增加至V2=Vo+v2，压强恢复到大气压强Po。

这里的v1是桨盘处的诱导速度。v2是下游远处的诱导速度，也就是在均匀流场内或静止空气中所引起的速度增量。对于这种现象，可以利用牛顿第三用动定律来解释拉力产生的原因。

根据前面所述的理论，只能宏观地确定不同飞行状态整个旋翼的拉力和需用功率，但无法得知沿旋翼桨叶径向的空气动力载荷，无法进行旋设计。为此，必须进一步了解旋翼周围的流场，即旋冀桨叶作用于周围空气所引起的诱导速度，特别是沿桨叶的诱导速度，从而可计算桨叶各个剖面的受力分布。

在理论空气动力学中，涡流理论就是求解任一物体(不论飞机机翼或旋翼桨叶)作用于周围空气所引起的诱导速度的方法。从涡流理论的观点来看，旋翼桨叶对周围空气的作用，相当于某一涡系在起作用，也就是说，旋翼的每片桨叶可用一条(或几条)附着涡及很多由桨叶后缘逸出的、以螺旋形在旋翼下游顺流至无限远的尾随涡来代替。

按照旋翼经典涡流理论，对于悬停及垂直上升状态(即轴流状态)，旋翼涡系模型就像一个半无限长的涡拄，由一射线状的圆形涡盘的附着涡系及多层同心的圆柱涡面(每层涡面由螺旋涡线所组成)的尾迹涡系两部分所构成(如下图所示)。

直升机旋停、垂直上升状态的涡柱

这套涡系模型完全与推进螺旋桨的情况相同。至于旋冀在前飞状态的涡系模型，可以合理地引伸为一个半无限长的斜向涡柱，由一圆形涡盘的附着涡系及多层斜向螺旋涡线的斜向涡面的尾迹涡系两部分所构成(如下图所示)。

直升机前飞状态的涡柱