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
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Focke-Wulf 的升力風(fēng)扇方案 二戰(zhàn)后期，德國秘密武器研制計(jì)劃中，F(xiàn)ocke-Wulf 就有用升力風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)垂直起落的想法，但真正實(shí)現(xiàn)這一概念的，還是 Vanguard Omniplane / 其機(jī)翼中巨大的勝利風(fēng)扇提供垂直起落時(shí)的升力，機(jī)尾的推進(jìn)涵道螺旋槳提供推力，涵道后的氣動(dòng)控制面提供飛行控制 機(jī)翼實(shí)際上還是符合氣動(dòng)升力的要求的，就是特別肥厚了一點(diǎn) 通用電氣是制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的公司，但在 50-60 年代的垂直起落大潮中，也來趕了一回時(shí)髦，和 Ryan 聯(lián)手，研制了 XV-5 垂直起落研究機(jī)，機(jī)翼上的蓋板可以打開，暴露出機(jī)翼內(nèi)的升力風(fēng)扇 / XV-5 在懸停中，可以看到機(jī)翼上向上折起的風(fēng)扇蓋板，機(jī)翼下表面另有百葉窗式的蓋板 這張圖可以看到一點(diǎn)機(jī)翼下表面百葉窗 / 這里可以清楚地看到打開蓋板后機(jī)翼里的升力風(fēng)扇，注意機(jī)首還有一個(gè)關(guān)閉的“百葉窗”，下面是另一個(gè)較小的升力風(fēng)扇，用于控制俯仰 平飛時(shí)，機(jī)翼上下表面的風(fēng)扇蓋板板關(guān)閉，減小機(jī)翼阻力 XV-5 的風(fēng)扇有點(diǎn)創(chuàng)意，是通過對(duì)翼尖吹氣驅(qū)動(dòng)的，即所謂 tip turbine 比升力風(fēng)扇上更“優(yōu)美”的是所謂引射增升（ejector）。引射是貝努力原理的一個(gè)應(yīng)用，如果對(duì)文丘里管（背對(duì)背的喇叭口）吹入高速氣流，在文丘里管的喉部會(huì)產(chǎn)生低壓，這個(gè)低壓會(huì)拉動(dòng)文丘里管外上游的空氣，和吹入氣流混合，一起噴出文丘里管，最后文丘里管出口的氣流流量大于吹入的氣流。工業(yè)上常用這個(gè)原理，將大型容器內(nèi)的氣體抽吸出來。理論和實(shí)驗(yàn)證明，拉動(dòng)氣流和吹入氣流之比可以達(dá)到 1.5-2：1，如果在機(jī)身或機(jī)翼上安裝引射裝置，就可以用較少的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)引出高壓氣流，產(chǎn)生較大的直接升力，這就是引射增升的基本道理。和直接采用旋翼/螺旋槳/風(fēng)扇的方案相比，引射增升容易和機(jī)體氣動(dòng)外形實(shí)現(xiàn)保形，減小正常飛行時(shí)的氣動(dòng)阻力；引射裝置的布置比較靈活；引射的排氣和周圍的冷空氣混合，溫度、速度大大降低，對(duì)跑道或甲板的燒蝕較小，發(fā)動(dòng)機(jī)吸入廢氣的影響也小一些。70 年代時(shí)，由于越南戰(zhàn)爭的拖累，加上傳統(tǒng)的大甲板航母的采購和運(yùn)行實(shí)在太貴，在時(shí)任海軍作戰(zhàn)部長 Elmo Zumwalt 海軍上將（最新的“21 世紀(jì)驅(qū)逐艦”DDG21 就是用他的名字命名的）的倡導(dǎo)下，美國開始研究“海上控制艦”（Sea Control Ship）概念，意圖用較小的（一到兩萬噸）的直通甲板小型航母，運(yùn)載較少但仍有足夠戰(zhàn)斗力的垂直/段距起落飛機(jī)，補(bǔ)充大甲板航母的作戰(zhàn)，美國海軍開始對(duì)垂直起落戰(zhàn)斗機(jī)認(rèn)真起來。美國海軍和工業(yè)界研究了眾多方案， Part14 里的最后一幅變形金剛也是當(dāng)時(shí)的一個(gè)方案，目的是結(jié)合當(dāng)時(shí)在阿波羅飛船上獲得成功的空中對(duì)接技術(shù)，用重型吊車把垂直起落飛機(jī)吊到舷側(cè)，然后點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，熾熱的噴氣流直接射向海面，不損傷甲板，著陸時(shí)把順序反過來。類似的還有在“鷂”式戰(zhàn)斗機(jī)背上吊掛的方案，但最后選定的是采用引射增升的羅克韋爾 XFV-12 方案�！ FV-12 采用美國戰(zhàn)斗機(jī)中不常見的鴨式布局，鴨翼低置，主翼為上單翼，翼尖設(shè)垂尾，總體布局比較前衛(wèi)，但最前衛(wèi)的當(dāng)然是在機(jī)翼內(nèi)和鴨翼內(nèi)的引射增升裝置。發(fā)動(dòng)機(jī)為 F401，這是本打算用于 F-14B 的海軍型的 F100 發(fā)動(dòng)機(jī)，F(xiàn)-14A 的 TF-30 發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)一直有動(dòng)力不足和可靠性低下的問題，海軍一直就是把 F-14A 作為過渡型戰(zhàn)斗機(jī)，采用和 F-15 的 F100 發(fā)動(dòng)機(jī)大量共享的 F401 發(fā)動(dòng)機(jī)的 F-14B 才是海軍心目中的理想戰(zhàn)斗機(jī)，但 F100 和 F-15 的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道匹配問題及 F100 本身的可靠性問題，在 F-15 服役的前幾年，差不多使任何時(shí)候至少有一半的 F-15“永久性”地趴窩，海軍的 F-14A 也就變成“永久性”的，直到裝 F110 的 F-14D 的出現(xiàn)，但那已經(jīng)為時(shí)太晚，不過這扯遠(yuǎn)了。對(duì)于 XFV-12 來說，F(xiàn)401 的可靠性還沒有成為問題，自身的基本設(shè)計(jì)已經(jīng)問題多多。XFV-12 的前后左右的引射增升裝置控制俯仰和橫滾，引射增升裝置下方下洗氣流中的控制面控制偏航�？紤]到實(shí)際氣動(dòng)損失和不完全混合，實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的 XFV-12 引射系統(tǒng)可以達(dá)到 55% 的增升率，也就是說，1 份吹氣可以拉動(dòng) 0.55 份環(huán)境空氣，但實(shí)際試飛時(shí)，主翼的引射裝置只達(dá)到可憐的 19% 的增升率，鴨翼只達(dá)到幾乎可以忽略不計(jì)的 6%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在計(jì)劃大大超時(shí)超支后，海軍的戰(zhàn)略也轉(zhuǎn)為“向大甲板航母一邊倒”，XFV-12 就此下馬了。 |
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