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
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Piasecki 16H 采用尾置涵道螺旋槳（也稱“環(huán)形尾”，ringtail）作為平飛的推進(jìn)器，短翼提供平飛升力，將旋翼“解放”出來，大大提高平飛速度，也大大降低機(jī)械振動(dòng)和疲勞 “速度鷹” （Speed Hawk），這是 Piasecki 用 UH-60 的機(jī)體和主要機(jī)械系統(tǒng)作基礎(chǔ)，研制的“推力轉(zhuǎn)向涵道推進(jìn)”（Variable Thrust Duct Propeller）研究機(jī) VTDP 前飛時(shí)的狀態(tài)，略微向前進(jìn)方向的左側(cè)偏轉(zhuǎn)，反扭力作用部分由氣動(dòng)舵面完成 / VTDP 在懸停時(shí)的狀態(tài)，可伸縮的“斗篷”向左偏轉(zhuǎn) 90 度，加強(qiáng)反扭力作用 Piachecki 也推出了“速度眼鏡蛇”和“速度阿帕奇”方案30 年代末，大學(xué)剛畢業(yè)的 Friedrich von Doblhoff 異想天開，建議在旋翼翼尖上安裝法國工程師 Rene Leduk 早年發(fā)明的沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)旋翼，現(xiàn)在稱之為噴氣翼尖（tip jet）。發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋翼旋轉(zhuǎn)是造成反扭力的原因，即使新奇的方案如“夏延”，依然逃脫不了采用尾槳平衡反扭力的布局。噴氣翼尖在槳葉內(nèi)通過管路向翼尖輸送高壓壓縮空氣，壓縮空氣從翼尖向后噴出，就可以推動(dòng)槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)。噴氣翼尖的極端是直接在旋翼翼尖安裝微型噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，噴氣驅(qū)動(dòng)旋翼旋轉(zhuǎn)。由于槳軸不是驅(qū)動(dòng)軸，旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)沒有反扭力，所以不需要尾槳。槳葉內(nèi)輸導(dǎo)壓縮空氣的能力有限，結(jié)構(gòu)也復(fù)雜，但發(fā)動(dòng)機(jī)可以放在機(jī)體內(nèi)。翼尖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的方案在技術(shù)上更有誘惑力，燃料在離心力的作用下，可以容易地向翼尖輸送，燃燒用的空氣也主要由管路輸送過來的壓縮空氣提供，因?yàn)樵谝砑獾陌l(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣受圓周運(yùn)動(dòng)的影響太大。發(fā)動(dòng)機(jī)必須輕小，一般采用結(jié)構(gòu)簡單的脈動(dòng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)（pulse jet）或沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)（ram jet）。噴氣翼尖的問題是噪聲不僅巨大，而且尖厲，有規(guī)則，特別煩人。不過最大噪聲實(shí)際上延續(xù)時(shí)間不長，只有起飛和著陸的一、兩分鐘時(shí)間，不過這沒有能夠使環(huán)保組織的反對聲輕下去。Doblhoff 在戰(zhàn)時(shí)的研究工作取得了有限的成果，戰(zhàn)爭結(jié)束時(shí)，Doblhoff 用卡車?yán)鴺訖C(jī)和資料，和工作人員一起從蘇軍正在逼近的奧地利往西撤退，最后在德奧邊境向美軍投降。戰(zhàn)后，Doblhoff 和他的樣機(jī)一起到了美國，Doblhoff 到美國麥克唐納工作，主持了麥克唐納 XV-1 的設(shè)計(jì)，這是美國第一架噴氣翼尖的直升機(jī)。但與此同時(shí)，Doblhoff 的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師和試飛員 August Stepan 去了英國，日后成為 Fairey Rotodyne 的主要設(shè)計(jì)人之一。然而，噴氣翼尖、推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)和固定的機(jī)翼相結(jié)合，有效地將直升機(jī)、旋翼機(jī)和固定翼飛機(jī)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來。 Hiller 應(yīng)該說是噴氣翼尖的另一個(gè)先驅(qū)，在 50 年就推出了 HOE-1 研究直升機(jī) 麥克唐納在從德國“俘虜”過來的噴氣翼尖鼻祖 Feiedrich von Doblhoff 的主持下，在 50 年代研制了 XV-1 研究直升機(jī)，除采用噴氣翼尖外，還在機(jī)身尾部單獨(dú)采用推進(jìn)螺旋槳提供推力，尾撐頂端的小型螺旋槳用于方向控制 最著名的采用噴氣翼尖的旋翼-直升機(jī)要數(shù)英國 Fairey 的 Rotodyne。60 年代城際交通迅速發(fā)展，短途航空旅行的誘惑力日增，但固定翼飛機(jī)需要遠(yuǎn)離城市的機(jī)場的問題，始終限制了短途航空旅行的發(fā)展，很多垂直-短距起落飛機(jī)的方案應(yīng)運(yùn)而生。城際中短途空運(yùn)不要求懸停或非常規(guī)機(jī)動(dòng)性能，垂直/短距起落能力更為重要，所以旋翼-直升機(jī)具有相當(dāng)?shù)奈�。Fairey Rotodyne 用噴氣翼尖實(shí)現(xiàn)垂直起落，用旋翼的周期距控制俯仰和橫滾，翼下雙發(fā)差動(dòng)推力控制在直升機(jī)狀態(tài)下的方向，在平飛階段，氣動(dòng)舵面輔助飛行控制。機(jī)翼在平飛階段產(chǎn)生一半以上的升力，旋翼 的槳距減到最低，靠空氣動(dòng)力自旋，以減小阻力。Fairey Rotodyne 在試飛期間，創(chuàng)造了倫敦市中心到巴黎市中心的速度記錄。旋翼-直升機(jī)的無滑跑傾斜起飛和準(zhǔn)垂直降落，不僅極大地降低了對機(jī)場跑道和凈空的要求，也由于起落空間不重疊，實(shí)際上增加了同等機(jī)場空間內(nèi)起落架次的容量。由于噪聲、資金和 60 年代初英國航空工業(yè)的全面重組，F(xiàn)airey 被 Westland 收購，Westland 把重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到以引進(jìn)的西科斯基技術(shù)為基礎(chǔ)的常規(guī)直升機(jī)的研制上，F(xiàn)airey Rotodyne 下馬了，所有資料和工具被銷毀，樣機(jī)被肢解，至今還有不少人惋惜。進(jìn)入 21 世紀(jì)，噴氣翼尖又有死灰復(fù)燃的跡象。美國 Groen Brothers 提出用噴氣翼尖驅(qū)動(dòng)旋翼，研制 C-130 一級的大型旋翼-直升機(jī)，作為戰(zhàn)場空運(yùn)的主力，滿足從 CH-47 到 C-130 之間的戰(zhàn)術(shù)空運(yùn)需要。Groen Bothers 方案最大的誘惑在于，這個(gè)改裝思路可以用于任何現(xiàn)成的上單翼運(yùn)輸機(jī)，比如 C-130。旋翼的支點(diǎn)在上單翼和機(jī)身的結(jié)合部，可以最大限度地減小對飛機(jī)重心和氣動(dòng)特性的影響，理論上可以以比重型直升機(jī)或傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)低得多的代價(jià)，開發(fā)具有垂直起落能力的大型飛機(jī)。如果不強(qiáng)調(diào)懸停和非常規(guī)機(jī)動(dòng)的話，旋翼-直升機(jī)的魅力確實(shí)是很大的。 |
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