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直升機(jī)原理詳解

時(shí)間：2011-04-05 10:12來源：藍(lán)天飛行翻譯 作者：航空 點(diǎn)擊：次

Curtiss Wright X-19，預(yù)計(jì)用作小型公務(wù)機(jī)或短程客機(jī)，但飛行控制問題沒法很好地解決

Curtiss Wright X-19 在懸停中，前后左右的四臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)用于懸停中的姿態(tài)控制。為了避免陀螺力矩，左前、右后和左后、右前的發(fā)動(dòng)機(jī)交聯(lián)
　　由于螺旋槳比直升機(jī)旋翼簡(jiǎn)單、可靠，平飛速度高，美國(guó)軍方對(duì) X-19 寄予很大的希望，空軍、海軍、陸軍三軍聯(lián)合研制，這是“三軍攻擊運(yùn)輸機(jī)計(jì)劃”（Tri-Service Assault Transport）的一部分。
傾轉(zhuǎn)旋翼是傾轉(zhuǎn)動(dòng)力方案中最容易想到的，傾轉(zhuǎn)螺旋槳可以算傾轉(zhuǎn)旋翼的一個(gè)分支，但傾轉(zhuǎn)旋翼在直升機(jī)狀態(tài)時(shí)，機(jī)翼對(duì)旋翼的下洗氣流的遮擋較大，而直升機(jī)狀態(tài)是最需要把所有的推力全部發(fā)揮出來的時(shí)候。另外，由于旋翼和機(jī)翼的相對(duì)位置和角度的變化，旋翼-機(jī)翼的氣動(dòng)相互作用十分復(fù)雜，在至關(guān)重要的直升機(jī)-固定翼狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間尤其如此。既然如此，何不換一個(gè)思路，將發(fā)動(dòng)機(jī)固定安裝在機(jī)翼上，而讓機(jī)翼傾轉(zhuǎn)呢？?jī)A轉(zhuǎn)機(jī)翼（tilt wing）的好處是較好地解決了下洗氣流的遮擋問題和發(fā)動(dòng)機(jī)-機(jī)翼的相互作用問題。但是世上沒有免費(fèi)的午餐。傾轉(zhuǎn)機(jī)翼要傾轉(zhuǎn)整個(gè)機(jī)翼，由于機(jī)翼是飛機(jī)產(chǎn)生升力的所在，而機(jī)體是承重的所在，機(jī)翼和機(jī)體連接部是飛機(jī)上最吃重的部位，現(xiàn)在這個(gè)最吃重的部位把所有應(yīng)力全部集中到一個(gè)控制機(jī)翼傾轉(zhuǎn)的鉸鏈上，要保證最大的可靠性，機(jī)械設(shè)計(jì)上的難度可想而知。和傾轉(zhuǎn)旋翼一樣，理論上傾轉(zhuǎn)機(jī)翼可以通過前后傾轉(zhuǎn)機(jī)翼來實(shí)現(xiàn)俯仰控制，控制左右發(fā)動(dòng)機(jī)的推力來實(shí)現(xiàn)橫滾控制，用下洗氣流作用在襟翼上來實(shí)現(xiàn)偏航控制，但傾轉(zhuǎn)機(jī)翼太不靈敏，所以有時(shí)在機(jī)尾增加一個(gè)水平風(fēng)扇，專門用于俯仰控制。這個(gè)水平風(fēng)扇只在垂直起落和懸停狀態(tài)時(shí)打開，在平飛狀態(tài)時(shí)折起以減小阻力，在地面也折起，不妨礙使用尾門裝卸人員和貨物。由于在直升機(jī)狀態(tài)下必須保證所有旋翼/螺旋槳的絕對(duì)同步，所有旋翼/螺旋槳之間必須用同步軸連接，但是機(jī)翼不是絕對(duì)剛性的，在氣動(dòng)力的作用下，總是有一定的揮舞，這樣一來，機(jī)翼內(nèi)的同步軸非常容易受到損壞，這是傾轉(zhuǎn)機(jī)翼和傾轉(zhuǎn)旋翼共有的一個(gè)問題。

Vertol 76（也稱 VZ-2）是傾轉(zhuǎn)機(jī)翼的早期嘗試之一 / 由于整個(gè)機(jī)翼可以傾轉(zhuǎn)，VZ-2 的平飛和普通固定翼飛機(jī)無異

但在機(jī)翼豎起來時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)推力向下，產(chǎn)生直接升力，而且機(jī)翼對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的下洗氣流的遮擋很小 / 早期直升機(jī)界很活躍的 Hiller 也推出了 X-18 研究機(jī)，圖中為地面演示機(jī)翼的傾轉(zhuǎn)

除了傾轉(zhuǎn)機(jī)翼的機(jī)構(gòu)外，傾轉(zhuǎn)機(jī)翼的機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，發(fā)動(dòng)機(jī)剛性固定在機(jī)翼上，發(fā)動(dòng)機(jī)氣流和機(jī)翼的設(shè)計(jì)也相對(duì)簡(jiǎn)單
　　不知道是不是處于習(xí)慣的原因，直升機(jī)出身的公司大多走傾轉(zhuǎn)旋翼的路子，固定翼出身的公司大多走傾轉(zhuǎn)機(jī)翼的路子。50 年代初，美國(guó)軍方資助了很多垂直起落的研究項(xiàng)目，但基本上都是概念研究，離實(shí)戰(zhàn)使用相差很遠(yuǎn)。59 年軍方根據(jù)一個(gè)咨詢委員會(huì)的建議，啟動(dòng)一項(xiàng)旨在實(shí)用化的垂直起落飛機(jī)計(jì)劃，特別要檢驗(yàn)新飛機(jī)在實(shí)戰(zhàn)條件下的，而且要適合三軍（海軍陸戰(zhàn)隊(duì)在 50 年代沒有獨(dú)立的采購計(jì)劃，由海軍代辦）的需要，所以產(chǎn)生了三軍聯(lián)合的 XC-142 計(jì)劃，LTV 的 Vought 分部得標(biāo)，Hiller 和 Ryan 作為主要次級(jí)承包商，計(jì)劃由空軍主持。XC-142 可以裝載 32 名士兵，比 30 年后的 V-22 還多 40%，四臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)和 5 個(gè)螺旋槳（4 個(gè)推進(jìn)螺旋槳加一個(gè)機(jī)尾的姿態(tài)控制螺旋槳）全部交聯(lián)，所以只有還有一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在工作，5 個(gè)螺旋槳都會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，盡管可能動(dòng)力不足�？哲妼�(duì) XC-142 作了大量的測(cè)試，包括空運(yùn)、空投、沙漠、山地、航母、搜索救援、裝載機(jī)動(dòng)車輛等。XC-142 最后還是壞在機(jī)械復(fù)雜性上，可靠性不夠，而且機(jī)翼在 35-80 度傾轉(zhuǎn)范圍里，機(jī)翼像門板一樣，受橫風(fēng)影響太大，發(fā)動(dòng)機(jī)差動(dòng)推力的控制不夠靈敏。最大的抱怨是機(jī)翼傾轉(zhuǎn)過程中，差動(dòng)的輔翼有橫滾控制變?yōu)槠娇刂疲顒?dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)推力由偏航控制變?yōu)闄M滾控制，這不光是一個(gè)操作習(xí)慣的改變，還在機(jī)翼傾轉(zhuǎn)的過程中，橫滾控制和偏航控制交聯(lián)，要求飛行員作大量復(fù)雜的補(bǔ)償動(dòng)作，工作量太大，而且機(jī)艙內(nèi)噪音和振動(dòng)太大，估計(jì)和在接近垂直狀態(tài)而低速前進(jìn)時(shí)，剛性的螺旋槳對(duì)非對(duì)稱升力不作補(bǔ)償，振動(dòng)全傳到機(jī)艙里了。XC-142 在 67 年下馬了。

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