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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:

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扇的包圍結構帶來較大的重量,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 / 經典的采用涵道尾槳的 EC-120 直升機,中國參加合作制造
 
已經下馬的美國 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。主旋翼產生的下洗氣流從尾撐兩側流經尾撐,發動機產生的壓縮空氣通過尾撐一側的向下開槽噴出,促使這一側的下洗氣流向尾撐表面吸附并加速(即所謂射流效應或 Coanda 效應),形成尾撐兩側氣流的速度差,產生向一側的側推力,實現沒有尾槳的反扭力。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,而是用射流效應可以用較少的噴氣就實現較大的反扭力。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生側推力,甚至可以在下側安裝類似襟翼的裝置以控制側推力,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嗎?對于常規的主旋翼-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方向的偏轉角),就在不改變尾槳轉速的情況下,增加、減少尾槳的效果,達到使飛機偏轉的效果。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,所以常規的單槳直升機向一側偏轉的速度通常快于向另一側偏轉的速度。

直升機旋翼水平旋轉可以實現垂直起落 / 直升機通過將旋翼前傾產生推力
  旋翼水平旋轉時,自然產生向上的升力,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,自然就在產生升力的同時,產生前行的推力。但是如何使旋翼前傾呢?將傳動軸或發動機向前傾斜是不現實的,機械上太復雜,可靠性也將一塌糊涂。那怎么辦呢?采用所謂的旋轉斜板(swash plate),如下圖所示。
 
周期矩控制示意圖,注意上旋轉斜板和旋翼槳葉的連接,和下旋轉斜板受飛行員控制的可調角度
  上旋轉斜板緊貼下旋轉斜板滑動(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斜板決定。上旋轉斜板隨旋翼轉動,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,達到旋翼傾斜旋轉。下旋轉斜板不隨旋翼轉動,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。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周期內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飛行控制,而是靠這總矩控制和周期距控制 實現飛行控制。

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