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直升機(jī)原理詳解

時(shí)間：2011-04-05 10:12來源：藍(lán)天飛行翻譯 作者：航空 點(diǎn)擊：次

貝爾當(dāng)然不會(huì)把傾轉(zhuǎn)旋翼的概念只用在載人飛機(jī)上，在如火如荼的無人機(jī)領(lǐng)域，貝爾也推出了采用傾轉(zhuǎn)旋翼的“鷹眼”（Eagle Eye） / “鷹眼”預(yù)計(jì)要和海軍或海岸警衛(wèi)隊(duì)的艦船配合行動(dòng)，所以有很高的上艦要求
　　盡管 V-22 在研制過程中遇到嚴(yán)重的問題，美國軍方對用具有垂直/短距起落能力的運(yùn)輸機(jī)作為戰(zhàn)術(shù)空運(yùn)主力的概念依然不肯放棄，在 V-22 尚未大規(guī)模服役時(shí)，已經(jīng)開始對更大型垂直/短距起落運(yùn)輸機(jī)的研制，貝爾的方案自然是 V-22 的延伸：采用四旋翼的傾轉(zhuǎn)旋翼方案，即所謂 quad tilt rotor。值得注意的是，傾轉(zhuǎn)旋翼的發(fā)動(dòng)機(jī)通常都是成雙布置的。除非在機(jī)頂重心處安裝一根很高的桅桿，傾轉(zhuǎn)旋翼基本不可能是單旋翼的。

貝爾提出的四旋翼傾轉(zhuǎn)旋翼（Quad Tilt Rotor，簡稱 QTR）方案，用于擔(dān)當(dāng)美軍戰(zhàn)場空運(yùn)的主力 / 媒體為新飛機(jī)的名字都想好了：V-44，盡管軍方并沒有這樣的命名

四旋翼盡管順理成章，但平飛時(shí)前后旋翼之間相互之間的氣動(dòng)干擾可能會(huì)很嚴(yán)重，尤其是機(jī)動(dòng)飛行的時(shí)候，后發(fā)動(dòng)機(jī)也要避開前發(fā)動(dòng)機(jī)的尾流 / QTR 可以用于在城市中心機(jī)降“重型部隊(duì)”（相對空降兵來說）

QTR 的結(jié)構(gòu)想象圖，傳動(dòng)軸不僅要左右同步，前后也要同步，復(fù)雜性和重量肯定要增加

QTR 是和 Groen Brothers 的 Gyrolifter 競爭，當(dāng)然也不會(huì)忘了海軍型 / 四旋翼傾轉(zhuǎn)旋翼運(yùn)輸機(jī)的另一個(gè)方案

NASA 還在研究更大型的 QTR，用于民航
　　螺旋槳可以看成小直徑、寬弦、大彎度的剛性旋翼，除了槳距以外，沒有揮舞鉸、擺振鉸之類的，只是螺旋槳一般比剛性旋翼的直徑小一點(diǎn)就是了。不過直徑小，對減小前飛阻力具有不可置疑的好處。只要能夠滿足垂直起落要求，用螺旋槳代替旋翼是傾轉(zhuǎn)旋翼的一個(gè)自然的延伸，Curtis-Wright 就是這方面的先驅(qū)。Curtiss-Wright 是航空先驅(qū) Glenn Curtiss 和 Wright 兄弟的公司合并的結(jié)果，50 年代時(shí)已經(jīng)落后于噴氣時(shí)代，但在螺旋槳領(lǐng)域還是一方好漢。傾轉(zhuǎn)的螺旋槳稱為 tilt prop。螺旋槳需要較高的轉(zhuǎn)速才能產(chǎn)生足夠的推力，這對小直徑剛性的槳葉不成問題。不過 Curtiss-Wright 的研究機(jī)沒有發(fā)展到 V-22 的階段，估計(jì)快速下降時(shí)，會(huì)有更嚴(yán)重的“渦流環(huán)”問題。但是 Curtiss-Wright 的螺旋槳還有玄機(jī)在里面。普通螺旋槳是針對迎面氣流的，如果把螺旋槳略微向上傾斜一點(diǎn)，下行的槳葉相對迎面氣流的迎角增加，上行槳葉的迎角減小，這樣下行槳葉產(chǎn)生向下的劃動(dòng)大于上行槳葉產(chǎn)生向上的劃動(dòng)，產(chǎn)生所謂“軸向升力”（radial lift），可以減小機(jī)翼面積，有螺旋槳產(chǎn)生部分升力。這里要注意的是，螺旋槳抬起來一點(diǎn)，傾瀉的推理矢量本身就產(chǎn)生一點(diǎn)向下的升力分量，但軸向升力比這點(diǎn)升力分量要大很多。為了最大限度地實(shí)現(xiàn)軸向升力，螺旋槳的槳葉應(yīng)該是寬弦、大彎度的。Curtiss-Wright 先研制 X-100 研究機(jī)，特意設(shè)計(jì)了出奇地小的機(jī)翼，以證明軸向升力的概念。不過要是現(xiàn)垂直起落，還是要老老實(shí)實(shí)把發(fā)動(dòng)機(jī)豎起來，推力朝下。在向軍方游說假如下面還要提到的三軍聯(lián)合直升機(jī)計(jì)劃后，空軍同意投資，這以后Curtiss-Wright 在已經(jīng)部分完成的 M-200 試驗(yàn)機(jī)基礎(chǔ)上，大規(guī)模展開四發(fā)動(dòng)機(jī)的 X-19 的研制，采用四個(gè)角落的四臺發(fā)動(dòng)機(jī)的差動(dòng)升力控制橫滾和俯仰姿態(tài)，螺旋槳的差動(dòng)扭力控制偏航。試飛中，控制反應(yīng)不夠靈敏，控制力矩不足，但機(jī)械可靠性是最大的問題，主齒輪箱的壽命只有 50 小時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)只有 15 小時(shí)的壽命。在 50 個(gè)起落的試飛中，留空時(shí)間一共只有 4 小時(shí)，計(jì)劃在 4 個(gè)月后放棄了。

Curtiss Wright X-100 是 X-19 的先驅(qū)，只有兩臺發(fā)動(dòng)機(jī)，采用導(dǎo)至機(jī)尾的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣噴管提供姿態(tài)控制，效果不好

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