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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英国 Westland 的先进旋翼翼尖采用复杂形状的后掠角 / 桨 叶的截面（翼型）也从翼根到翼尖不断变薄，以延迟激波的产生，这个道理和超音速飞机用大后掠角、薄翼型的机翼一样 这是一架 Westland 大山猫直升机在做斤斗特技，其先进桨叶的特别形状清晰可见 理论上，只要旋翼线速度突破音障，直升机速度进一步提高就是可能的。固定翼超音速飞机的机翼理论早已解决。但固定翼飞机的机翼处于相对简单的气流流场，直升机旋翼所处的流场实在太复杂了，不光有前进方向，还有旋转的切向和径向方向，此外，在机身上发动机结构和旋翼之间，还有复杂的纵向的马蹄形流和横向的涡漩。即使这些问题都解决了，理论上有可能研制出一种弯弯的马刀形状的桨叶，延迟超音速激波的产生，但桨叶受力情况十分复杂，包括扭曲、拉伸，在材料上要制造足够坚固耐用又轻巧的旋翼很困难，旋翼要突破音障不是一件容易的事。要突破直升机速度的限制，只有突破旋翼既作为升力装置又作为推力装置的局限。 发动机舱周边有马蹄形流 / 发动机舱两侧也有横向的涡流 突破旋翼既作为升力装置又作为推力装置的第一步就是为旋翼减轻负担，用单独的推进装置提供推力。从 50 年代开始，大量方案就是从在普通直升机上加装推进发动机开始，将常规直升机改装为复合直升机（compound holicopter）。采用专用的推进发动机，前飞时，旋翼就不必前倾，既减小迎风面积带来的阻力，又避免了前倾旋翼造成的“降力”。为了进一步减轻旋翼的负担，直升机还可以安装短翼，在前飞时提供气动升力，这样，对旋翼产生升力的要求可以降到最低，后行桨叶失速也就不成为问题，消除了直升机速度上不去的一大障碍。 很多常规直升机并没有专用的推进发动机，但安装了短翼，就是为了在前飞中产生升力，减低对旋翼升力的依赖，以提高前飞速度。对于攻击直升机来说，短翼还是提供武器挂架的好地方。采用短翼的典型直升机有米-6、AH-64 等，米-24 的短翼也有提供升力的作用，但最主要的目的却是加强横滚稳定性。就像世上所有的好事一样，没有免费的午餐。短翼不光增加结构重量，最大的问题是遮挡旋翼的下洗气流，削弱了旋翼的效率。所以强调悬停和直升机特有的非常规机动性能的直升机常常不选用短翼，即使采用短翼，也使短翼有较大的下反，以减小对旋翼下洗气流的不利遮挡。有人把这种采用短翼的直升机也称为复合直升机，因为升力的产生已经不再单纯依靠旋翼，但通常人们还是把升力和推力两者都不再依靠旋翼的直升机称为复合直升机。 米-6的短翼用于在平飞时产生升力，为旋翼卸载 / AH-64 的短翼同时兼作武器挂架，一物两用 卡莫夫 Ka-22 是早期复合直升机的一个典范，曾创造多项速度和载重记录 / MBB 的 BBH 攻击直升机，采用常规的“开放”推进螺旋桨作推动力，计划被取消后，转入和法国合作发展“虎”式直升机 夏延 ”那样，用两个专用的推进螺旋桨和反扭力尾桨 50-60 年代时，采用单独的推力发动机的复合直升机方案如雨后春笋，有不少达到试飞阶段，其中 Piasecki 的 16H 是其中的佼佼者。Piasecki 16H 采用一个尾置的涵道螺旋桨提供推力，涵道螺旋桨后有控制舵面，利用后洗气流提供偏航和俯仰控制。主旋翼依然保留周期距控制，用于悬停或非常规机动时提供控制。Piasecki 的方案在 60 年代没有引起足够的兴趣，但是在 90 年代，重新引起美国军方的兴趣。Piasecki 将 16H 的概念用在 UH-60 上，试制了所谓“速度鹰”（Speed Hawk），不仅提高了速度，还将航程提高了 3 倍，使“速度鹰”的航程和 F-18 战斗机相当，用作海军的搜索救援直升机十分有利。同样的概念还用在 AH-64“阿帕奇”攻击直升机上，速度提高 25%。环形尾的问题主要有两个：环形尾套件增加重量，“速度鹰”比基型的 UH-60 要重 800 公斤。另一个问题是即以对旋翼下洗气流的遮挡减低旋翼效率，旋翼功率要增加，否则悬停性能要受到损失。 |
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