直升机原理详解
时间：2011-04-05 10:12来源：蓝天飞行翻译 作者：航空 点击：次
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西科斯基的 Mariner/Cypher II，是美国海军无人机竟标中的候选之一 / Mariner/Cypher II 的前身 Cypher 在美国陆军本宁堡步兵学校的演习场作巷战演示 作为美国直升机工业的龙头老大，西科斯基在 80 年代和国防部和 NASA 合作，研制了所谓 X 形翼研究机，其基本思路是在直升机和固定翼飞机之间架一座桥，机顶的 X 形机翼可以在直升机状态下旋转，产生升力；前飞达到一定速度后，X 形翼锁住固定，作为机翼使用，飞机转入固定翼状态。X 形翼在气动上虽然少见，但并非不可思议，这就是一对后掠翼加一对前掠翼。直升机状态下，反扭力问题有尾桨解决，比较难的是采用刚性的单旋翼，如何解决非对称升力的问题。西科斯基采用独特的“环流控制技术”（Circulation Control Technology），将发动机压缩机后引出高压气流，通过宽大的桨叶内的管路，像吹气襟翼一样，向桨叶后缘开缝襟翼吹气。吹气襟翼在下垂的襟翼表面喷吹高压空气，加速机翼上表面的气流流动，使机翼达到超过实际空速下能够产生的升力，50-60 年代第一代超音速战斗机的低速性能就是靠吹气襟翼“救命”的。环流控制桨叶根据桨叶在圆周运动中的不同位置，控制开缝宽度和吹气强度，控制升力的增减，以补偿非对称升力。 西科斯基的 X 翼研究机将宽弦“桨叶”和机翼合二为一，在直升机状态作旋翼旋转，在固定翼状态固定，作为 X 形机翼，在直升机和固定翼之间架桥 / 用普通直升机旋翼先行试验的西科斯基“旋翼系统研究机”（Rotor System Research Aircraft，简称 RSRA） 按固定翼飞机试飞的 RSRA，可以看到，RSRA 用机翼就可以产生足够的升力，并不需要 X 形翼的额外升力 90 年代时，波音接过接力棒，将 X 形翼的概念推向新的高度，用麦道直升机和 NASA 的合作结果，研制了“蜻蜓”（Dragonfly）研究机。“蜻蜓”有鸭式前翼和宽大的水平尾翼，机顶上有一字形的旋翼-机翼。在直升机状态下，旋翼-机翼在喷气翼尖的作用下旋转，产生升力。一字形的旋翼-机翼相当于双叶旋翼，可以用跷跷板铰链完成挥舞和领先-滞后动作，所以“蜻蜓”对非对称升力的补偿还是常规的。“蜻蜓”的动力装置是一台涡扇发动机，从压缩机引出高压气流，通过管路输送到旋翼-机翼的翼尖，驱动喷气翼尖。由于喷气翼尖不产生反扭力，“蜻蜓”没有尾桨。达到一定的平飞速度后，鸭翼和平尾产生足够的升力，旋翼-机翼锁住，作为固定的机翼，飞机转入固定翼状态。“蜻蜓”正在试飞，美国军方对它寄予厚望，甚至有想法把它放大到载人攻击直升机。 波音的“蜻蜓”Dragonfly 研究机 “蜻蜓”在悬停中 这张三视图清楚地显示了旋翼-机翼的两重性 “蜻蜓”垂直起飞到平飞的过程 “蜻蜓”的鸭翼-旋翼（canard rotor wing）概念对海军很有吸引力，海军有将其开发成舰载无人机的打算 / 载人的“蜻蜓”长满牙齿，蛮凶的 X 形翼到“蜻蜓”有一个共同的特点：采用宽弦刚性桨毂可锁定的两用旋翼-机翼（所谓stopped rotor）。粗短宽厚的刚性旋转机翼从根本上解决了很多细长的柔性旋翼桨叶难以解决的问题，但是和常规直升机相比，这些飞机的悬停和非常规机动性能还是受到一点损失的，正可谓有得必有失。最主要的技术困难还是来自于升力产生机制转换期间的飞行控制问题，处理不好，就容易失事。事实上，所有在升力产生机制中转换的所谓 convertiplane 都有这个机制转换期间的控制问题，机制转换动辄几十秒，快的也要 10 秒，就是不敢动作太猛，怕失控，同时也有速度和高度的限制，不是随时随地想转换就可以转换的。在战斗中，这个转换时间和高度、速度的要求给战术动作带来很大的困扰，升力机制的转换只好在进入战斗前完成，使 convertiplane 在实用中的吸引力受到不小的损失。 |
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