直升飞机飞行原理.pdfVIP

飞行原理 直升机能够垂直飞起来的基本道理简单，但飞行控制就不简单了。旋翼可以产生升力， 但谁来产生前进的推力呢？单独安装另外的推进发动机当然可以，但这样增加重量和总体复 杂性，能不能使旋翼同时担当升力和推进作用呢？升力-推进问题解决后，还有转向、俯仰、 滚转控制问题。旋翼旋转产生升力的同时，对机身产生反扭力 （初中物理：有作用力就一定 有反作用力），所以直升机还有一个特有的反扭力控制问题。 直升机主旋翼反扭力的示意 没有一定的反扭力措施， 升机就要打转转 / 尾桨是抵消反扭力的最常见的方法 直升 机抵消反扭力的方案有很多，最常规的是采用尾桨。主旋翼顺时针转，对机身就产生逆时针 方向的反扭力，尾桨就必须或推或拉，产生顺时针方向的推力，以抵消主旋翼的反扭力。 抵消反扭力的主旋翼-尾桨布局，也称常规布局，因为这最常见 / 典型的贝尔 407 的尾桨 主旋翼当然也可以顺时针旋转，顺时针还是逆时针，两者之间没有优劣之分。有意思的是， 美、英、德、意、日 升机的主旋翼都是逆时针旋转，法、俄、中、印、波兰直升机都是顺 时针旋转，英、德、意、日的 升机工业都是从美国引进许可证开始的，和美国采用相同的 习惯可以理解，中、印、波兰是从前苏联和法国引进许可证开始的，和法、俄的习惯相同也 可以理解，但美国和俄罗斯为什么从一开始选定不同的方向，法国为什么不和选美国一样的 方向，而和俄罗斯一致，可能只是一个历史的玩笑。 各国直升机主旋翼旋转方向的比较 尾桨给 升机的设计带来了很多麻烦。尾桨要是太大了，会打到地上，所以尾桨 寸受 到限制，要提供足够的反扭力，就需要提高转速，这样，尾桨翼尖速度就大，尾桨的噪声就 很大。极端情况下，尾桨翼尖速度甚至可以超过音速，形成音爆。尾桨需要安装在尾撑上， 尾撑越长，尾桨的力矩越大，反扭力效果越好，但尾撑的重量也越大。为了把动力传递到尾 桨，尾撑内需要安装一根长长的传动轴，这又增加了重量和机械复杂性。尾桨是直升机飞行 安全的最大挑战，主旋翼失去动力， 升机还可以自旋着陆；但尾桨一旦失去动力，那直升 机就要打转转，失去控制。在战斗中， 升机因为尾桨受损而坠毁的概率远远高于因为其他 部位被击中的情况。即使不算战损情况，平时使用中，尾桨对地面人员的危险很大，一不小 心，附近的人员和器材就会被打到。在居民区或林间空地悬停或起落时，尾桨很容易挂上建 筑物、电 、树枝、飞舞物品。 尾桨可以是推式，也可以是拉式，一般认为以推式的效率为高。虽然不管推式还是拉式， 气流总是要流经尾撑，但在尾桨加速气流前，低速气流流经尾撑的动能损失较小。尾桨的旋 转方向可以顺着主旋翼，也就是说，对于逆时针旋转的主旋翼，尾桨向前转（或者说，从右 面向直升机看，尾桨顺时针旋转），这样尾桨对主旋翼的气动干扰小，主旋翼的升力可以充 分发挥。尾桨也可以逆着主旋翼的方向旋转，也就是说，对于逆时针旋转的主旋翼，尾桨向 后转（或者说，从右面向直升机看，尾桨逆时针旋转），这样尾桨和主旋翼之间形成一个互 相干扰，主旋翼的升力受到损失，但尾桨的作用加强，所以可以缩小尺寸，或降低功率。两 者没有绝对的优劣，设计得当时，一般选择顺着转，只有设计不当、尾桨控制作用不够时， 才选择逆着转，像米-24 升机那样。 涵道尾桨 （fenestron）将尾桨缩小， “隐藏”在尾撑端部的巨大开孔里，相当于给尾 桨安上一个罩子，这样大大改善了安全性，不易打到周围的物体。由于涵道尾桨的周边是遮 蔽的，尾桨翼尖附近的气流情况大大简化，翼尖速度较高也不至于大大增加噪声。罩子的屏 蔽也使前后方向上的噪声大大减小。涵道尾桨的缺点是风扇的包围结构带来较大的重量，这 个问题随涵道尾桨 径增加而急剧恶化，所以涵道尾桨难以用到大型 升机上。涵道尾桨只 有法国 升机上采用，美国的下马了的 Comanche 是法国之外少见的采用涵道尾桨的例子。 海豚直升机上的涵道尾桨 / 经典的采用涵道尾桨的 EC-120 升机，中国参加合作制造 已经下马的美国 RAH-66 “科曼奇” 升机同样采用涵道尾桨 另一个取代尾桨的方案是 NOTAR，NOTAR 是 No Tail Rotor （意为无尾桨）的简称，用 喷气引射和主旋翼下洗气流的有利交互作用形成反扭力。主旋翼产生的下洗气流从尾撑两侧 流经尾撑，发动机产生的压缩空气通过尾撑一侧的向下开槽喷出，促使这一侧的下洗气流向 尾撑表面吸附并加速 （即所 射流效应或 Coanda 效应），形成尾撑两侧气流的速度差，产 生向一侧的侧