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
D'Ascanio 的直升機(jī)是第一個(gè)現(xiàn)代意義上的直升機(jī),能完成前飛,具有基本的飛行控制能力
30 年代德國的 FW61直升機(jī),被納粹用作宣傳納粹“優(yōu)越性”的工具 / 德國 FL282 應(yīng)該是第一架量產(chǎn)型直升機(jī),在二戰(zhàn)期間產(chǎn)量達(dá)到近 1,000 架,用于德國海軍,不過沒有對(duì)戰(zhàn)斗造成什么影響
這是 FL282 的近容
39-40 年 Sikorsky 的 VS300 直升機(jī)是現(xiàn)代直升機(jī)的“老母雞”,奠定了現(xiàn)代直升機(jī)最常用的尾槳布局 / 盡管貝爾飛機(jī)公司在 37 年才開張,45 年的貝爾 47 是第一種量產(chǎn)的實(shí)用型直升機(jī),在朝鮮戰(zhàn)場(chǎng)就廣泛用于傷員救護(hù)、偵察、炮兵指引等,從長津湖突圍的美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì) 1 師如果不是貝爾 47 幫助在峽谷上架輕便橋,就沒有今天吹牛的本錢了
UH-1 使越南戰(zhàn)爭(zhēng)成為第一場(chǎng)直升機(jī)戰(zhàn)爭(zhēng),直升機(jī)成為美軍士兵進(jìn)入和撤離戰(zhàn)斗最常見的運(yùn)輸工具 / UH-60 是現(xiàn)在美軍的主力戰(zhàn)術(shù)運(yùn)輸直升機(jī),中國在 89 年前進(jìn)口過一小批,在西藏高原使用的效果十分好
直升機(jī)能夠垂直飛起來的基本道理簡單,但飛行控制就不簡單了。旋翼可以產(chǎn)生升力,但誰來產(chǎn)生前進(jìn)的推力呢?單獨(dú)安裝另外的推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)然可以,但這樣增加重量和總體復(fù)雜性,能不能使旋翼同時(shí)擔(dān)當(dāng)升力和推進(jìn)作用呢?升力-推進(jìn)問題解決后,還有轉(zhuǎn)向、俯仰、滾轉(zhuǎn)控制問題。旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力的同時(shí),對(duì)機(jī)身產(chǎn)生反扭力(初中物理:有作用力就一定有反作用力),所以直升機(jī)還有一個(gè)特有的反扭力控制問題。
直升機(jī)主旋翼反扭力的示意圖
沒有一定的反扭力措施,直升機(jī)就要打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) / 尾槳是抵消反扭力的最常見的方法
直升機(jī)抵消反扭力的方案有很多,最常規(guī)的是采用尾槳。主旋翼順時(shí)針轉(zhuǎn),對(duì)機(jī)身就產(chǎn)生逆時(shí)針方向的反扭力,尾槳就必須或推或拉,產(chǎn)生順時(shí)針方向的推力,以抵消主旋翼的反扭力。
抵消反扭力的主旋翼-尾槳布局,也稱常規(guī)布局,因?yàn)檫@最常見 / 典型的貝爾 407 的尾槳
主旋翼當(dāng)然也可以順時(shí)針旋轉(zhuǎn),順時(shí)針還是逆時(shí)針,兩者之間沒有優(yōu)劣之分。有意思的是,美、英、德、意、日直升機(jī)的主旋翼都是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),法、俄、中、印、波蘭直升機(jī)都是順時(shí)針旋轉(zhuǎn),英、德、意、日的直升機(jī)工業(yè)都是從美國引進(jìn)許可證開始的,和美國采用相同的習(xí)慣可以理解,中、印、波蘭是從前蘇聯(lián)和法國引進(jìn)許可證開始的,和法、俄的習(xí)慣相同也可以理解,但美國和俄羅斯為什么從一開始選定不同的方向,法國為什么不和選美國一樣的方向,而和俄羅斯一致,可能只是一個(gè)歷史的玩笑。
各國直升機(jī)主旋翼旋轉(zhuǎn)方向的比較
尾槳給直升機(jī)的設(shè)計(jì)帶來了很多麻煩。尾槳要是太大了,會(huì)打到地上,所以尾槳尺寸受到限制,要提供足夠的反扭力,就需要提高轉(zhuǎn)速,這樣,尾槳翼尖速度就大,尾槳的噪聲就很大。極端情況下,尾槳翼尖速度甚至可以超過音速,形成音爆。尾槳需要安裝在尾撐上,尾撐越長,尾槳的力矩越大,反扭力效果越好,但尾撐的重量也越大。為了把動(dòng)力傳遞到尾槳,尾撐內(nèi)需要安裝一根長長的傳動(dòng)軸,這又增加了重量和機(jī)械復(fù)雜性。尾槳是直升機(jī)飛行安全的最大挑戰(zhàn),主旋翼失去動(dòng)力,直升機(jī)還可以自旋著陸;但尾槳一旦失去動(dòng)力,那直升機(jī)就要打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn),失去控制。在戰(zhàn)斗中,直升機(jī)因?yàn)槲矘軗p而墜毀的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于因?yàn)槠渌课槐粨糁械那闆r。即使不算戰(zhàn)損情況,平時(shí)使用中,尾槳對(duì)地面人員的危險(xiǎn)很大,一不小心,附近的人員和器材就會(huì)被打到。在居民區(qū)或林間空地懸;蚱鹇鋾r(shí),尾槳很容易掛上建筑物、電線、樹枝、飛舞物品。
尾槳可以是推式,也可以是拉式,一般認(rèn)為以推式的效率為高。雖然不管推式還是拉式,氣流總是要流經(jīng)尾撐,但在尾槳加速氣流前,低速氣流流經(jīng)尾撐的動(dòng)能損失較小。尾槳的旋轉(zhuǎn)方向可以順著主旋翼,也就是說,對(duì)于逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的主旋翼,尾槳向前轉(zhuǎn)(或者說,從右面向直升機(jī)看,尾槳順時(shí)針旋轉(zhuǎn)),這樣尾槳對(duì)主旋翼的氣動(dòng)干擾小,主旋翼的升力可以充分發(fā)揮。尾槳也可以逆著主旋翼的方向旋轉(zhuǎn),也就是說,對(duì)于逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的主旋翼,尾槳向后轉(zhuǎn)(或者說,從右面向直升機(jī)看,尾槳逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)),這樣尾槳和主旋翼之間形成一個(gè)互相干擾,主旋翼的升力受到損失,但尾槳的作用加強(qiáng),所以可以縮小尺寸,或降低功率。兩者沒有絕對(duì)的優(yōu)劣,設(shè)計(jì)得當(dāng)時(shí),一般選擇順著轉(zhuǎn),只有設(shè)計(jì)不當(dāng)、尾槳控制作用不夠時(shí),才選擇逆著轉(zhuǎn),像
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