直升機原理詳解
時間：2011-04-05 10:12來源：藍天飛行翻譯 作者：航空 點擊：次
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Curtiss Wright X-19，預計用作小型公務(wù)機或短程客機，但飛行控制問題沒法很好地解決 Curtiss Wright X-19 在懸停中，前后左右的四臺發(fā)動機用于懸停中的姿態(tài)控制。為了避免陀螺力矩，左前、右后和左后、右前的發(fā)動機交聯(lián) 由于螺旋槳比直升機旋翼簡單、可靠，平飛速度高，美國軍方對 X-19 寄予很大的希望，空軍、海軍、陸軍三軍聯(lián)合研制，這是“三軍攻擊運輸機計劃”（Tri-Service Assault Transport）的一部分。 傾轉(zhuǎn)旋翼是傾轉(zhuǎn)動力方案中最容易想到的，傾轉(zhuǎn)螺旋槳可以算傾轉(zhuǎn)旋翼的一個分支，但傾轉(zhuǎn)旋翼在直升機狀態(tài)時，機翼對旋翼的下洗氣流的遮擋較大，而直升機狀態(tài)是最需要把所有的推力全部發(fā)揮出來的時候。另外，由于旋翼和機翼的相對位置和角度的變化，旋翼-機翼的氣動相互作用十分復雜，在至關(guān)重要的直升機-固定翼狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間尤其如此。既然如此，何不換一個思路，將發(fā)動機固定安裝在機翼上，而讓機翼傾轉(zhuǎn)呢？傾轉(zhuǎn)機翼（tilt wing）的好處是較好地解決了下洗氣流的遮擋問題和發(fā)動機-機翼的相互作用問題。但是世上沒有免費的午餐。傾轉(zhuǎn)機翼要傾轉(zhuǎn)整個機翼，由于機翼是飛機產(chǎn)生升力的所在，而機體是承重的所在，機翼和機體連接部是飛機上最吃重的部位，現(xiàn)在這個最吃重的部位把所有應(yīng)力全部集中到一個控制機翼傾轉(zhuǎn)的鉸鏈上，要保證最大的可靠性，機械設(shè)計上的難度可想而知。和傾轉(zhuǎn)旋翼一樣，理論上傾轉(zhuǎn)機翼可以通過前后傾轉(zhuǎn)機翼來實現(xiàn)俯仰控制，控制左右發(fā)動機的推力來實現(xiàn)橫滾控制，用下洗氣流作用在襟翼上來實現(xiàn)偏航控制，但傾轉(zhuǎn)機翼太不靈敏，所以有時在機尾增加一個水平風扇，專門用于俯仰控制。這個水平風扇只在垂直起落和懸停狀態(tài)時打開，在平飛狀態(tài)時折起以減小阻力，在地面也折起，不妨礙使用尾門裝卸人員和貨物。由于在直升機狀態(tài)下必須保證所有旋翼/螺旋槳的絕對同步，所有旋翼/螺旋槳之間必須用同步軸連接，但是機翼不是絕對剛性的，在氣動力的作用下，總是有一定的揮舞，這樣一來，機翼內(nèi)的同步軸非常容易受到損壞，這是傾轉(zhuǎn)機翼和傾轉(zhuǎn)旋翼共有的一個問題。 Vertol 76（也稱 VZ-2）是傾轉(zhuǎn)機翼的早期嘗試之一 / 由于整個機翼可以傾轉(zhuǎn)，VZ-2 的平飛和普通固定翼飛機無異 但在機翼豎起來時，發(fā)動機推力向下，產(chǎn)生直接升力，而且機翼對發(fā)動機的下洗氣流的遮擋很小 / 早期直升機界很活躍的 Hiller 也推出了 X-18 研究機，圖中為地面演示機翼的傾轉(zhuǎn) 除了傾轉(zhuǎn)機翼的機構(gòu)外，傾轉(zhuǎn)機翼的機械結(jié)構(gòu)相對簡單，發(fā)動機剛性固定在機翼上，發(fā)動機氣流和機翼的設(shè)計也相對簡單 不知道是不是處于習慣的原因，直升機出身的公司大多走傾轉(zhuǎn)旋翼的路子，固定翼出身的公司大多走傾轉(zhuǎn)機翼的路子。50 年代初，美國軍方資助了很多垂直起落的研究項目，但基本上都是概念研究，離實戰(zhàn)使用相差很遠。59 年軍方根據(jù)一個咨詢委員會的建議，啟動一項旨在實用化的垂直起落飛機計劃，特別要檢驗新飛機在實戰(zhàn)條件下的，而且要適合三軍（海軍陸戰(zhàn)隊在 50 年代沒有獨立的采購計劃，由海軍代辦）的需要，所以產(chǎn)生了三軍聯(lián)合的 XC-142 計劃，LTV 的 Vought 分 部得標，Hiller 和 Ryan 作為主要次級承包商，計劃由空軍主持。XC-142 可以裝載 32 名士兵，比 30 年后的 V-22 還多 40%，四臺發(fā)動機和 5 個螺旋槳（4 個推進螺旋槳加一個機尾的姿態(tài)控制螺旋槳）全部交聯(lián)，所以只有還有一臺發(fā)動機在工作，5 個螺旋槳都會轉(zhuǎn)動，盡管可能動力不足。空軍對 XC-142 作了大量的測試，包括空運、空投、沙漠、山地、航母、搜索救援、裝載機動車輛等。XC-142 最后還是壞在機械復雜性上，可靠性不夠，而且機翼在 35-80 度傾轉(zhuǎn)范圍里，機翼像門板一樣，受橫風影響太大，發(fā)動機差動推力的控制不夠靈敏。最大的抱怨是機翼傾轉(zhuǎn)過程中，差動的輔翼有橫滾控制變?yōu)槠娇刂�，而差動的發(fā)動機推力由偏航控制變?yōu)闄M滾控制，這不光是一個操作習慣的改變，還在機翼傾轉(zhuǎn)的過程中，橫滾控制和偏航控制交聯(lián)，要求飛行員作大量復雜的補償動作，工作量太大，而且機艙內(nèi)噪音和振動太大，估計和在接近垂直狀態(tài)而低速前進時，剛性的螺旋槳對非對稱升力不作補償，振動全傳到機艙里了。XC-142 在 67 年下馬了。 |
