时间:2018-07-20 21:16来源:中国直升机 作者:中国直升机网
上一节所介绍的前飞过程中非对称速度分布是直升机和固定翼飞行器(气流速度对称分布)的主要区别之一。
相对于固定翼飞行器的机翼而言,直升机旋翼的安装连接方式相对来说,可以算是比较”松散“了,这种”松散“既奠定了旋翼类飞行器研制成功的基石,同时也给旋翼类飞行器带来了一系列独特的特点,尤其是在稳定性和操纵性方面。
桨叶连接到桨毂采用铰接而非固连是一项相当重要的发明,虽然这项发明并非是在直升机的研制中出现的——而是在自转旋翼机 Autogyro 的研制中发明出来的——但是这项发明却实实在在促进了直升机理论和工程实际方面的长足发展。
这项发明出现的时间是20世纪20年代,当时,西班牙的自转旋翼机设计师 Juan de la Cierva 正在为其设计的自转旋翼机存在的一系列气动问题而苦恼。
![]() 图——Cierva所设计的自转旋翼机
当时Cierva的信条是——如果失败了就从头再来。显然他第一次驾驶他自制的自转旋翼机获得了失败,他驱动自己的自转旋翼机滑跑试图起飞,然后他的自转旋翼机在达到起飞速度之前,突然就侧翻了,旋翼打到地面,彻底报废。Cierva毫不气馁,没多久就又进行了第二次试飞,然而没有对旋翼做任何改进的情况下,第二次试飞与第一次并没有什么差别,他的自转旋翼机又一次侧翻了。
在那个年代,Cierva没有任何关于旋翼技术的知识,这位聪明的西班牙发明家最多就是有些关于风车的技术——这方面的知识至少比同国的堂吉诃德要好些。
这种侧翻(滚转力矩)的成因对于他来说简直就像当时西方社会中流传的”来自东方的神秘力量“一样神秘,因为Cierva在试飞他的橡皮筋动力的自转旋翼机模型过程中从来没有发生过侧翻,因为无法解决这个问题,自转旋翼机的研制进度一度暂停。
转机在他听某场歌剧的时候出现了,也许是某个婉转的音调刺激了他的神经,他脑海中灵光闪现,他突然就意识到,之所以模型不会侧翻而他真正的”座驾“会侧翻的原因很可能就是两者旋翼的刚度不一致,模型的桨叶是”柔软“的竹材,而座驾则是类似于当时的固定翼飞机一般”刚硬“支承的桨叶。
”刚硬“支承的桨叶在前进过程中,前行侧的气流速度显然要大于后行侧,由于两侧的桨叶安装角一致,因而其气动迎角也大致相等,因而不同的气流速度就会导致不同的升力分布,从而导致了前行侧的力大于后行侧,随着前进速度增大,两者的力之差形成的力矩达到一个可观的数值,一下就掀翻了自转旋翼机。
而在模型自转旋翼机中,由于桨叶可以自由弯曲,上下挥动,因此具有较大气动力的前行侧就会激发桨叶挥得高一点,由于陀螺的进动效应,这种激励将会有滞后,而随着旋翼回到桨盘前方,其气流速度降低,桨叶气动力恢复到正常水平,随后桨叶转入后行侧,其气流速度减小,桨叶气动力减小,因而就会挥得低一些,如此循环。而前行侧桨叶的挥起将会减小其气动迎角,降低其气动力,后行侧的桨叶则相反。
当前行侧和 后行侧桨叶的挥舞导致的气动力变化变化刚好能够抵消由于速度分布不对称导致的气动力变化的时候,挥舞达到平衡状态。
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