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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英國 Westland 的先進旋翼翼尖采用復雜形狀的后掠角 / 槳 葉的截面（翼型）也從翼根到翼尖不斷變薄，以延遲激波的產生，這個道理和超音速飛機用大后掠角、薄翼型的機翼一樣 這是一架 Westland 大山貓直升機在做斤斗特技，其先進槳葉的特別形狀清晰可見 理論上，只要旋翼線速度突破音障，直升機速度進一步提高就是可能的。固定翼超音速飛機的機翼理論早已解決。但固定翼飛機的機翼處于相對簡單的氣流流場，直升機旋翼所處的流場實在太復雜了，不光有前進方向，還有旋轉的切向和徑向方向，此外，在機身上發動機結構和旋翼之間，還有復雜的縱向的馬蹄形流和橫向的渦漩。即使這些問題都解決了，理論上有可能研制出一種彎彎的馬刀形狀的槳葉，延遲超音速激波的產生，但槳葉受力情況十分復雜，包括扭曲、拉伸，在材料上要制造足夠堅固耐用又輕巧的旋翼很困難，旋翼要突破音障不是一件容易的事。要突破直升機速度的限制，只有突破旋翼既作為升力裝置又作為推力裝置的局限。 發動機艙周邊有馬蹄形流 / 發動機艙兩側也有橫向的渦流 突破旋翼既作為升力裝置又作為推力裝置的第一步就是為旋翼減輕負擔，用單獨的推進裝置提供推力。從 50 年代開始，大量方案就是從在普通直升機上加裝推進發動機開始，將常規直升機改裝為復合直升機（compound holicopter）。采用專用的推進發動機，前飛時，旋翼就不必前傾，既減小迎風面積帶來的阻力，又避免了前傾旋翼造成的“降力”。為了進一步減輕旋翼的負擔，直升機還可以安裝短翼，在前飛時提供氣動升力，這樣，對旋翼產生升力的要求可以降到最低，后行槳葉失速也就不成為問題，消除了直升機速度上不去的一大障礙。 很多常規直升機并沒有專用的推進發動機，但安裝了短翼，就是為了在前飛中產生升力，減低對旋翼升力的依賴，以提高前飛速度。對于攻擊直升機來說，短翼還是提供武器掛架的好地方。采用短翼的典型直升機有米-6、AH-64 等，米-24 的短翼也有提供升力的作用，但最主要的目的卻是加強橫滾穩定性。就像世上所有的好事一樣，沒有免費的午餐。短翼不光增加結構重量，最大的問題是遮擋旋翼的下洗氣流，削弱了旋翼的效率。所以強調懸停和直升機特有的非常規機動性能的直升機常常不選用短翼，即使采用短翼，也使短翼有較大的下反，以減小對旋翼下洗氣流的不利遮擋。有人把這種采用短翼的直升機也稱為復合直升機，因為升力的產生已經不再單純依靠旋翼，但通常人們還是把升力和推力兩者都不再依靠旋翼的直升機稱為復合直升機。 米-6的短翼用于在平飛時產生升力，為旋翼卸載 / AH-64 的短翼同時兼作武器掛架，一物兩用 卡莫夫 Ka-22 是早期復合直升機的一個典范，曾創造多項速度和載重記錄 / MBB 的 BBH 攻擊直升機，采用常規的“開放”推進螺旋槳作推動力，計劃被取消后，轉入和法國合作發展“虎”式直升機 夏延 ”那樣，用兩個專用的推進螺旋槳和反扭力尾槳 50-60 年代時，采用單獨的推力發動機的復合直升機方案如雨后春筍，有不少達到試飛階段，其中 Piasecki 的 16H 是其中的佼佼者。Piasecki 16H 采用一個尾置的涵道螺旋槳提供推力，涵道螺旋槳后有控制舵面，利用后洗氣流提供偏航和俯仰控制。主旋翼依然保留周期距控制，用于懸�；蚍浅Ｒ帣C動時提供控制。Piasecki 的方案在 60 年代沒有引起足夠的興趣，但是在 90 年代，重新引起美國軍方的興趣。Piasecki 將 16H 的概念用在 UH-60 上，試制了所謂“速度鷹”（Speed Hawk），不僅提高了速度，還將航程提高了 3 倍，使“速度鷹”的航程和 F-18 戰斗機相當，用作海軍的搜索救援直升機十分有利。同樣的概念還用在 AH-64“阿帕奇”攻擊直升機上，速度提高 25%。環形尾的問題主要有兩個：環形尾套件增加重量，“速度鷹”比基型的 UH-60 要重 800 公斤。另一個問題是即以對旋翼下洗氣流的遮擋減低旋翼效率，旋翼功率要增加，否則懸停性能要受到損失。 |
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