直升機原理詳解
時間：2011-04-05 10:12來源：藍天飛行翻譯 作者：航空 點擊：次
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西科斯基的 Mariner/Cypher II，是美國海軍無人機竟標中的候選之一 / Mariner/Cypher II 的前身 Cypher 在美國陸軍本寧堡步兵學校的演習場作巷戰演示 作為美國直升機工業的龍頭老大，西科斯基在 80 年代和國防部和 NASA 合作，研制了所謂 X 形翼研究機，其基本思路是在直升機和固定翼飛機之間架一座橋，機頂的 X 形機翼可以在直升機狀態下旋轉，產生升力；前飛達到一定速度后，X 形翼鎖住固定，作為機翼使用，飛機轉入固定翼狀態。X 形翼在氣動上雖然少見，但并非不可思議，這就是一對后掠翼加一對前掠翼。直升機狀態下，反扭力問題有尾槳解決，比較難的是采用剛性的單旋翼，如何解決非對稱升力的問題。西科斯基采用獨特的“環流控制技術”（Circulation Control Technology），將發動機壓縮機后引出高壓氣流，通過寬大的槳葉內的管路，像吹氣襟翼一樣，向槳葉后緣開縫襟翼吹氣。吹氣襟翼在下垂的襟翼表面噴吹高壓空氣，加速機翼上表面的氣流流動，使機翼達到超過實際空速下能夠產生的升力，50-60 年代第一代超音速戰斗機的低速性能就是靠吹氣襟翼“救命”的。環流控制槳葉根據槳葉在圓周運動中的不同位置，控制開縫寬度和吹氣強度，控制升力的增減，以補償非對稱升力。 西科斯基的 X 翼研究機將寬弦“槳葉”和機翼合二為一，在直升機狀態作旋翼旋轉，在固定翼狀態固定，作為 X 形機翼，在直升機和固定翼之間架橋 / 用普通直升機旋翼先行試驗的西科斯基“旋翼系統研究機”（Rotor System Research Aircraft，簡稱 RSRA） 按固定翼飛機試飛的 RSRA，可以看到，RSRA 用機翼就可以產生足夠的升力，并不需要 X 形翼的額外升力 90 年代時，波音接過接力棒，將 X 形翼的概念推向新的高度，用麥道直升機和 NASA 的合作結果，研制了“蜻蜓”（Dragonfly）研究機。“蜻蜓”有鴨式前翼和寬大的水平尾翼，機頂上有一字形的旋翼-機翼。在直升機狀態下，旋翼-機翼在噴氣翼尖的作用下旋轉，產生升力。一字形的旋翼-機翼相當于雙葉旋翼，可以用蹺蹺板鉸鏈完成揮舞和領先-滯后動作，所以“蜻蜓”對非對稱升力的補償還是常規的。“蜻蜓”的動力裝置是一臺渦扇發動機，從壓縮機引出高壓氣流，通過管路輸送到旋翼-機翼的翼尖，驅動噴氣翼尖。由于噴氣翼尖不產生反扭力，“蜻蜓”沒有尾槳。達到一定的平飛速度后，鴨翼和平尾產生足夠的升力，旋翼-機翼鎖住，作為固定的機翼，飛機轉入固定翼狀態。“蜻蜓”正在試飛，美國軍方對它寄予厚望，甚至有想法把它放大到載人攻擊直升機。 波音的“蜻蜓”Dragonfly 研究機 “蜻蜓”在懸停中 這張三視圖清楚地顯示了旋翼-機翼的兩重性 “蜻蜓”垂直起飛到平飛的過程 “蜻蜓”的鴨翼-旋翼（canard rotor wing）概念對海軍很有吸引力，海軍有將其開發成艦載無人機的打算 / 載人的“蜻蜓”長滿牙齒，蠻兇的 X 形翼到“蜻蜓”有一個共同的特點：采用寬弦剛性槳轂可鎖定的兩用旋翼-機翼（所謂stopped rotor）。粗短寬厚的剛性旋轉機翼從根本上解決了很多細長的柔性旋翼槳葉難以解決的問題，但是和常規直升機相比，這些飛機的懸停和非常規機動性能還是受到一點損失的，正可謂有得必有失。最主要的技術困難還是來自于升力產生機制轉換期間的飛行控制問題，處理不好，就容易失事。事實上，所有在升力產生機制中轉換的所謂 convertiplane 都有這個機制轉換期間的控制問題，機制轉換動輒幾十秒，快的也要 10 秒，就是不敢動作太猛，怕失控，同時也有速度和高度的限制，不是隨時隨地想轉換就可以轉換的。在戰斗中，這個轉換時間和高度、速度的要求給戰術動作帶來很大的困擾，升力機制的轉換只好在進入戰斗前完成，使 convertiplane 在實用中的吸引力受到不小的損失。 |
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