米-24
直升機那樣。
涵道尾槳(fenestron)將尾槳縮小,“隱藏”在尾撐端部的巨大開孔里,相當(dāng)于給尾槳安上一個罩子,這樣大大改善了安全性,不易打到周圍的物體。由于涵道尾槳的周邊是遮蔽的,尾槳翼尖附近的氣流情況大大簡化,翼尖速度較高也不至于大大增加噪聲。罩子的屏蔽也使前后方向上的噪聲大大減小。涵道尾槳的缺點是風(fēng)扇的包圍結(jié)構(gòu)帶來較大的重量,這個問題隨涵道尾槳直徑增加而急劇惡化,所以涵道尾槳難以用到大型直升機上。涵道尾槳只有法國直升機上采用,美國的下馬了的 Comanche 是法國之外少見的采用涵道尾槳的例子。
海豚直升機上的涵道尾槳 / 經(jīng)典的采用涵道尾槳的 EC-120 直升機,中國參加合作制造
已經(jīng)下馬的美國 RAH-66“科曼奇”直升機同樣采用涵道尾槳
另一個取代尾槳的方案是 NOTAR,NOTAR 是 No Tail Rotor(意為無尾槳)的簡稱,用噴氣引射和主旋翼下洗氣流的有利交互作用形成反扭力。主旋翼產(chǎn)生的下洗氣流從尾撐兩側(cè)流經(jīng)尾撐,發(fā)動機產(chǎn)生的壓縮空氣通過尾撐一側(cè)的向下開槽噴出,促使這一側(cè)的下洗氣流向尾撐表面吸附并加速(即所謂射流效應(yīng)或 Coanda 效應(yīng)),形成尾撐兩側(cè)氣流的速度差,產(chǎn)生向一側(cè)的側(cè)推力,實現(xiàn)沒有尾槳的反扭力。尾撐頂端的直接噴氣控制提供更精細的方向控制,但不提供主要的反扭力,不是不可以,而是用射流效應(yīng)可以用較少的噴氣就實現(xiàn)較大的反扭力。從這個原理推而廣之,如果把尾撐的截面做成機翼一樣,下洗氣流本身就可產(chǎn)生側(cè)推力,甚至可以在下側(cè)安裝類似襟翼的裝置以控制側(cè)推力,豈不更好?不知道為什么,沒有人這樣做。NOTAR 的噪音比涵道風(fēng)扇更低,安全性更好,在演示中,只要主旋翼不打到樹枝,直接把尾撐捅到樹叢里也照樣安全飛行,但 NOTAR 同樣沒有用到大型直升機上的例子。NOTAR 只有麥道(現(xiàn)波音)直升機上使用,可能是專利的緣故。
NOTAR 的原理簡圖
采用 NOTAR 的
MD600N
直升機,不知道為什么,MD 直升機還是叫 MD,不叫波音
反扭力的問題解決了,還有飛行控制的問題。前飛時,直升機不是不可以采用固定翼飛機一樣的氣動舵面控制偏航、俯仰、橫滾,但懸停的時候怎么辦呢?這又回到反扭力問題上來了,有控制地打破反扭力的平衡,不就可以造成飛機向左右的偏轉(zhuǎn)嗎?對于常規(guī)的主旋翼-尾槳布局,增加、減少尾槳的槳距(繞槳葉縱軸相對于槳葉迎風(fēng)方向的偏轉(zhuǎn)角),就在不改變尾槳轉(zhuǎn)速的情況下,增加、減少尾槳的效果,達到使飛機偏轉(zhuǎn)的效果。由于動力裝置固有的慣性,增加扭力的速度總是不及降低扭力的速度,所以常規(guī)的單槳直升機向一側(cè)偏轉(zhuǎn)的速度通?煊谙蛄硪粋(cè)偏轉(zhuǎn)的速度。
直升機旋翼水平旋轉(zhuǎn)可以實現(xiàn)垂直起落 / 直升機通過將旋翼前傾產(chǎn)生推力
旋翼水平旋轉(zhuǎn)時,自然產(chǎn)生向上的升力,這是直升機得以垂直起落和懸停的基本條件。旋翼向前傾斜,自然就在產(chǎn)生升力的同時,產(chǎn)生前行的推力。但是如何使旋翼前傾呢?將傳動軸或發(fā)動機向前傾斜是不現(xiàn)實的,機械上太復(fù)雜,可靠性也將一塌糊涂。那怎么辦呢?采用所謂的旋轉(zhuǎn)斜板(swash plate),如下圖所示。
周期矩控制示意圖,注意上旋轉(zhuǎn)斜板和旋翼槳葉的連接,和下旋轉(zhuǎn)斜板受飛行員控制的可調(diào)角度
上旋轉(zhuǎn)斜板緊貼下旋轉(zhuǎn)斜板滑動(或在接觸面上安裝滾珠,減少摩擦阻力),其傾斜角度由下旋轉(zhuǎn)斜板決定。上旋轉(zhuǎn)斜板隨旋翼轉(zhuǎn)動,由于前低后高,連桿和支點的作用迫使旋翼上升下降,最后按斜板的角度旋轉(zhuǎn),達到旋翼傾斜旋轉(zhuǎn)。下旋轉(zhuǎn)斜板不隨旋翼轉(zhuǎn)動,但傾斜角度可以由飛行員通過機械連桿或液壓作動筒控制,以控制旋翼的傾斜角度。下旋轉(zhuǎn)斜板不光可以前低后高,還可以左低右高,或向任意方向偏轉(zhuǎn)。這就是直升機旋翼可以向任意方向傾斜的道理。這個改變旋翼在每個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)角度的控制稱周期距控制(cyclic control),用來控制行進方向。直升機的另一個主要的飛行控制為槳葉的槳距(pitch),用來控制升力,這稱為總距控制(collective control)。和固定翼飛機的飛行控制不同,直升機不靠氣動翼面實現(xiàn)飛行控制,而是靠這總矩控制和周期距控制 實現(xiàn)飛行控制。
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直升機原理詳解