時間:2011-04-05 10:12來源:藍(lán)天飛行翻譯 作者:航空 點(diǎn)擊:次
前面提到的 de la Cierva 是在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)這個問題的。他的模型旋翼機(jī)試飛很成功,但是全尺寸的旋翼機(jī)一上天就橫滾翻,開始以為是遇到突然的橫風(fēng),第二架飛機(jī)上天同樣命運(yùn)。de la Cierva 經(jīng)過研究,發(fā)現(xiàn)模型旋翼機(jī)的槳葉是用藤條材料做的,有彈性,而全尺寸旋翼機(jī)的槳葉是剛性的鋼結(jié)構(gòu),由此認(rèn)識到槳葉的揮舞鉸的必要性。具體來說,為了補(bǔ)償左右的升力不均勻,和減少槳葉的疲勞,槳葉在翼根要采用一個容許槳葉載回轉(zhuǎn)過程中上下?lián)]舞的鉸鏈,這個鉸鏈稱為揮舞鉸(flapping hinge,也稱垂直鉸)。槳葉在前行時,升力增加,槳葉自然向上揮舞。由于槳葉在旋轉(zhuǎn)過程中同時上升,槳葉的實(shí)際運(yùn)動方向不再是水平的,而是斜線向上的。槳葉和水平面的夾角雖然不因?yàn)闃~向上揮舞而改變,但槳葉和氣流的相對運(yùn)動方向之間的夾角由于這斜線向上的運(yùn)動而變小,這個夾角(而不是槳葉和水平面之間的夾角)才是槳葉真正的迎角。槳葉的迎角在升力作用下下降,降低升力。槳葉在后行時,槳葉的升力不足,自然下垂,變旋轉(zhuǎn)邊下降造成槳葉和氣流相對運(yùn)動方向之間的夾角增大,迎角增加,增加升力。由于離心力使槳葉有自然拉直的趨勢,槳葉不會在升力作用下無限升高或降低,機(jī)械設(shè)計上也采取措施,保證槳葉的揮舞不至于和機(jī)體發(fā)生碰撞。槳葉在環(huán)形過程中,不斷升高、降低,翼尖離圓心的距離不斷改變,引起科里奧利效應(yīng)(這個東西誰都“知道”,但說清楚不容易。誰要是能把這個東西說清楚,鮮花奉上),就像花樣滑冰運(yùn)動員經(jīng)常把雙臂張開、收攏,以控制旋轉(zhuǎn)速度。要是一個手臂張開,一個手臂收攏,就不可能在原地旋轉(zhuǎn),就要東倒西歪了。所以槳葉在水平方向也要前后搖擺,以補(bǔ)償槳葉上下?lián)]舞所造成的科里奧利效應(yīng)。擺振鉸利用前行時阻力增加,使槳葉自然增加后掠角(即所謂“滯后”, 因?yàn)闃~在旋轉(zhuǎn)方向上的角速度低于圓心的旋轉(zhuǎn)速度),這也變相增加槳葉在氣流方向上剖面的長度,加強(qiáng)了減小迎角的作用;在后行時,阻力減小,阻尼器(相當(dāng)于彈簧)使槳葉恢復(fù)的正常位置(即所謂“領(lǐng)先”,因?yàn)闃~在旋轉(zhuǎn)方向上的角速度高于圓心的旋轉(zhuǎn)速度),當(dāng)然也加強(qiáng)了增加迎角的作用,所以擺振鉸(drag hinge 也稱水平鉸)也稱領(lǐng)先-滯后鉸(lead lag hinge)。揮舞鉸和擺振鉸是旋翼升力均勻的飛行平穩(wěn)的關(guān)鍵。由于槳葉在旋轉(zhuǎn)中容許上下?lián)]動和前后擺動,這種槳葉稱為柔性槳葉(articulated rotor)。除了用機(jī)械鉸鏈容許槳葉在環(huán)形過程中相對于其他槳葉有一定的揮舞外,材質(zhì)也必須具有彈性,這就是為什么直升機(jī)停在地面時,槳葉總是“耷拉”著的原因。但機(jī)械鉸鏈磨損大,可靠性不好,德國 MBB(戰(zhàn)時著名的梅塞斯米特就是 MBB 中的 M)用彈性元件取代了揮舞鉸,研制成功無鉸槳葉,第一個應(yīng)用無鉸槳葉的是 MBB Bo-105,中國曾進(jìn)口一批,用于支援海上采油平臺。 揮舞鉸示意圖,前行槳葉可以在升力作用下向上有所揮舞,從而降低升力,達(dá)到平衡;后行槳葉則向下彎曲,從而提高升力,達(dá)到平衡 / 采用揮舞鉸后的升力分布,要均勻得多 雙葉旋翼是一個特例,槳葉和圓心的槳轂剛性連接,但用一個單一的“蹺蹺板”鉸鏈同時代替揮舞鉸和擺振鉸,所以也稱為半剛性槳葉(semi-rigid rotor)。蹺蹺板鉸鏈在一側(cè)槳葉上揚(yáng)時,將另一側(cè)槳葉自然下壓;在一側(cè)槳葉“領(lǐng)先”時,將另一側(cè)槳葉自然“滯后”,既簡化了機(jī)械設(shè)計,又完美地實(shí)現(xiàn)了更復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計才能實(shí)現(xiàn)的功能。貝爾直升機(jī)公司用雙葉用出了味道,越戰(zhàn)期間漫天蝗蟲似的 UH-1 就是雙葉,后來的 AH-1 也是。不過“蹺蹺板”設(shè)計只能用于雙葉旋翼。雙葉旋翼有無可置疑的簡潔性和由此而來的成本和可靠性上的優(yōu)勢,但雙葉旋翼也只有兩片槳葉可以產(chǎn)生升力和推力,和多葉槳葉相比,就要增加旋翼直徑,增加旋翼轉(zhuǎn)速,前者增加總體尺寸和阻力,后者增加噪聲。 |