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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Piasecki 16H 采用尾置涵道螺旋桨（也称“环形尾”，ringtail）作为平飞的推进器，短翼提供平飞升力，将旋翼“解放”出来，大大提高平飞速度，也大大降低机械振动和疲劳 “速度鹰” （Speed Hawk），这是 Piasecki 用 UH-60 的机体和主要机械系统作基础，研制的“推力转向涵道推进”（Variable Thrust Duct Propeller）研究机 VTDP 前飞时的状态，略微向前进方向的左侧偏转，反扭力作用部分由气动舵面完成 / VTDP 在悬停时的状态，可伸缩的“斗篷”向左偏转 90 度，加强反扭力作用 Piachecki 也推出了“速度眼镜蛇”和“速度阿帕奇”方案30 年代末，大学刚毕业的 Friedrich von Doblhoff 异想天开，建议在旋翼翼尖上安装法国工程师 Rene Leduk 早年发明的冲压式喷气发动机，驱动旋翼，现在称之为喷气翼尖（tip jet）。发动机驱动旋翼旋转是造成反扭力的原因，即使新奇的方案如“夏延”，依然逃脱不了采用尾桨平衡反扭力的布局。喷气翼尖在桨叶内通过管路向翼尖输送高压压缩空气，压缩空气从翼尖向后喷出，就可以推动桨叶转动。喷气翼尖的极端是直接在旋翼翼尖安装微型喷气发动机，喷气驱动旋翼旋转。由于桨轴不是驱动轴，旋翼转动没有反扭力，所以不需要尾桨。桨叶内输导压缩空气的能力有限，结构也复杂，但发动机可以放在机体内。翼尖喷气发动机的方案在技术上更有诱惑力，燃料在离心力的作用下，可以容易地向翼尖输送，燃烧用的空气也主要由管路输送过来的压缩空气提供，因为在翼尖的发动机进气受圆周运动的影响太大。发动机必须轻小，一般采用结构简单的脉动喷气发动机（pulse jet）或冲压喷气发动机（ram jet）。喷气翼尖的问题是噪声不仅巨大，而且尖厉，有规则，特别烦人。不过最大噪声实际上延续时间不长，只有起飞和着陆的一、两分钟时间，不过这没有能够使环保组织的反对声轻下去。Doblhoff 在战时的研究工作取得了有限的成果，战争结束时，Doblhoff 用卡车拉着样机和资料，和工作人员一起从苏军正在逼近的奥地利往西撤退，最后在德奥边境向美军投降。战后，Doblhoff 和他的样机一起到了美国，Doblhoff 到美国麦克唐纳工作，主持了麦克唐纳 XV-1 的设计，这是美国第一架喷气翼尖的直升机。但与此同时，Doblhoff 的主要结构设计师和试飞员 August Stepan 去了英国，日后成为 Fairey Rotodyne 的主要设计人之一。然而，喷气翼尖、推进发动机和固定的机翼相结合，有效地将直升机、旋翼机和固定翼飞机的优点结合起来。 Hiller 应该说是喷气翼尖的另一个先驱，在 50 年就推出了 HOE-1 研究直升机 麦克唐纳在从德国“俘虏”过来的喷气翼尖鼻祖 Feiedrich von Doblhoff 的主持下，在 50 年代研制了 XV-1 研究直升机，除采用喷气翼尖外，还在机身尾部单独采用推进螺旋桨提供推力，尾撑顶端的小型螺旋桨用于方向控制 最著名的采用喷气翼尖的旋翼-直升机要数英国 Fairey 的 Rotodyne。60 年代城际交通迅速发展，短途航空旅行的诱惑力日增，但固定翼飞机需要远离城市的机场的问题，始终限制了短途航空旅行的发展，很多垂直-短距起落飞机的方案应运而生。城际中短途空运不要求悬停或非常规机动性能，垂直/短距起落能力更为重要，所以旋翼-直升机具有相当的吸引力。Fairey Rotodyne 用喷气翼尖实现垂直起落，用旋翼的周期距控制俯仰和横滚，翼下双发差动推力控制在直升机状态下的方向，在平飞阶段，气动舵面辅助飞行控制。机翼在平飞阶段产生一半以上的升力，旋翼 的桨距减到最低，靠空气动力自旋，以减小阻力。Fairey Rotodyne 在试飞期间，创造了伦敦市中心到巴黎市中心的速度记录。旋翼-直升机的无滑跑倾斜起飞和准垂直降落，不仅极大地降低了对机场跑道和净空的要求，也由于起落空间不重叠，实际上增加了同等机场空间内起落架次的容量。由于噪声、资金和 60 年代初英国航空工业的全面重组，Fairey 被 Westland 收购，Westland 把重点转移到以引进的西科斯基技术为基础的常规直升机的研制上，Fairey Rotodyne 下马了，所有资料和工具被销毁，样机被肢解，至今还有不少人惋惜。进入 21 世纪，喷气翼尖又有死灰复燃的迹象。美国 Groen Brothers 提出用喷气翼尖驱动旋翼，研制 C-130 一级的大型旋翼-直升机，作为战场空运的主力，满足从 CH-47 到 C-130 之间的战术空运需要。Groen Bothers 方案最大的诱惑在于，这个改装思路可以用于任何现成的上单翼运输机，比如 C-130。旋翼的支点在上单翼和机身的结合部，可以最大限度地减小对飞机重心和气动特性的影响，理论上可以以比重型直升机或倾转旋翼飞机低得多的代价，开发具有垂直起落能力的大型飞机。如果不强调悬停和非常规机动的话，旋翼-直升机的魅力确实是很大的。 |
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