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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:

米-24

直升机那样。
  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直径增加而急剧恶化,所以涵道尾桨难以用到大型直升机上。涵道尾桨只有法国直升机上采用,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 直升机,中国参加合作制造
 
已经下马的美国 RAH-66“科曼奇”直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(即所谓射流效应或 Coanda 效应),形成尾撑两侧气流的速度差,产生向一侧的侧推力,实现没有尾桨的反扭力。尾撑顶端的直接喷气控制提供更精细的方向控制,但不提供主要的反扭力,不是不可以,而是用射流效应可以用较少的喷气就实现较大的反扭力。从这个原理推而广之,如果把尾撑的截面做成机翼一样,下洗气流本身就可产生侧推力,甚至可以在下侧安装类似襟翼的装置以控制侧推力,岂不更好?不知道为什么,没有人这样做。NOTAR 的噪音比涵道风扇更低,安全性更好,在演示中,只要主旋翼不打到树枝,直接把尾撑捅到树丛里也照样安全飞行,但 NOTAR 同样没有用到大型直升机上的例子。NOTAR 只有麦道(现波音)直升机上使用,可能是专利的缘故。
 
NOTAR 的原理简图
 
采用 NOTAR 的

MD600N

直升机,不知道为什么,MD 直升机还是叫 MD,不叫波音
 
  反扭力的问题解决了,还有飞行控制的问题。前飞时,直升机不是不可以采用固定翼飞机一样的气动舵面控制偏航、俯仰、横滚,但悬停的时候怎么办呢?这又回到反扭力问题上来了,有控制地打破反扭力的平衡,不就可以造成飞机向左右的偏转吗?对于常规的主旋翼-尾桨布局,增加、减少尾桨的桨距(绕桨叶纵轴相对于桨叶迎风方向的偏转角),就在不改变尾桨转速的情况下,增加、减少尾桨的效果,达到使飞机偏转的效果。由于动力装置固有的惯性,增加扭力的速度总是不及降低扭力的速度,所以常规的单桨直升机向一侧偏转的速度通常快于向另一侧偏转的速度。

直升机旋翼水平旋转可以实现垂直起落 / 直升机通过将旋翼前倾产生推力
  旋翼水平旋转时,自然产生向上的升力,这是直升机得以垂直起落和悬停的基本条件。旋翼向前倾斜,自然就在产生升力的同时,产生前行的推力。但是如何使旋翼前倾呢?将传动轴或发动机向前倾斜是不现实的,机械上太复杂,可靠性也将一塌糊涂。那怎么办呢?采用所谓的旋转斜板(swash plate),如下图所示。
 
周期矩控制示意图,注意上旋转斜板和旋翼桨叶的连接,和下旋转斜板受飞行员控制的可调角度
  上旋转斜板紧贴下旋转斜板滑动(或在接触面上安装滚珠,减少摩擦阻力),其倾斜角度由下旋转斜板决定。上旋转斜板随旋翼转动,由于前低后高,连杆和支点的作用迫使旋翼上升下降,最后按斜板的角度旋转,达到旋翼倾斜旋转。下旋转斜板不随旋翼转动,但倾斜角度可以由飞行员通过机械连杆或液压作动筒控制,以控制旋翼的倾斜角度。下旋转斜板不光可以前低后高,还可以左低右高,或向任意方向偏转。这就是直升机旋翼可以向任意方向倾斜的道理。这个改变旋翼在每个旋转周期内角度的控制称周期距控制(cyclic control),用来控制行进方向。直升机的另一个主要的飞行控制为桨叶的桨距(pitch),用来控制升力,这称为总距控制(collective control)。和固定翼飞机的飞行控制不同,直升机不靠气动翼面实现飞行控制,而是靠这总矩控制和周期距控制 实现飞行控制。

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