直升機飛行原理分析

　　直升機旋翼繞旋翼轉軸旋轉時(shí)，每個(gè)葉片的工作類(lèi)同于一個(gè)機翼。下面是小編為大家分享直升機飛行原理分析，歡迎大家閱讀瀏覽。

　　直升機旋翼的工作原理

　　直升機旋翼繞旋翼轉軸旋轉時(shí)，每個(gè)葉片的工作類(lèi)同于一個(gè)機翼。旋翼的截面形狀是一個(gè)翼型，如圖1所示。翼型弦線(xiàn)與垂直于槳轂旋轉軸平面(稱(chēng)為槳轂 旋轉平面)之間的夾角稱(chēng)為槳葉的安裝角，以j表示，有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)安裝角或槳距。各片槳葉的槳距的平均值稱(chēng)為旋翼的總距。駕駛員通過(guò)直升機的操縱系統可以改變旋翼的總距和各片槳葉的槳距，根據不同的飛行狀態(tài)，總距的變化范圍約為2º~14º。

　　直升機旋翼的操縱

　　直升機體放在地面時(shí)，旋翼受其本身重力作用而下垂。發(fā)動(dòng)機開(kāi)車(chē)后，旋翼開(kāi)始旋轉，槳葉向上抬，直觀(guān)地看，形成一個(gè)倒立的錐體，稱(chēng)為旋翼錐體，同時(shí)在槳葉上產(chǎn)生向上的升力。隨著(zhù)旋翼轉速的增加，升力逐漸增大。當升力超過(guò)重力時(shí)，直升機即鉛垂上升;若升力與重力平衡，則懸停于空中;若升力小于重力，則向下降落。

　　旋轉旋翼槳葉所產(chǎn)生的拉力和需要克服阻力產(chǎn)生的阻力力矩的大小，不僅取決于旋翼的轉速，而且取決于槳葉的槳距。從原理上講，調節轉速和槳距都可以調節拉力的大小。但是旋翼轉速取決于發(fā)動(dòng)機(通常用的是渦輪軸發(fā)動(dòng)機或**式發(fā)動(dòng)機)主軸轉速;而發(fā)動(dòng)機轉速有一個(gè)最有利的值，在這個(gè)轉速附近工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機效率高，壽命長(cháng)。因此，拉力的改變主要靠調節槳葉槳距來(lái)實(shí)現。但是，槳距變化將引起阻力力矩變化，所以，在調節槳距的同時(shí)還要調節發(fā)動(dòng)機油門(mén)，保持轉速盡量靠近最有利轉速工作。

　　直升機的平飛依靠升力傾斜所產(chǎn)生的水平分量來(lái)實(shí)現。例如，欲向前飛，需將駕駛桿向前推，經(jīng)過(guò)操縱系統，自動(dòng)傾斜器使旋翼各槳葉的槳距作周期性變化，從而改變旋翼的拉力方向，使旋翼錐體前傾，產(chǎn)生向前的拉力，將直升機拉向前進(jìn)。

　　直升機的方向是靠尾槳控制的。欲使直升機改變方向，則需踩腳蹬，改變尾槳的槳距，使尾槳拉力變大或變小，從而改變平衡力矩的大小，實(shí)現機頭指向的操縱。

　　直升機的構型變化

　　直升機旋翼的旋轉產(chǎn)生了升力的同時(shí)，空氣對旋翼的反作用也形成了一個(gè)與旋翼旋轉方向相反的作用力矩，驅使直升機的機體反向旋轉，這就是所謂的直升機力矩及力矩平衡問(wèn)題。

　　較早致力于力矩和力矩平衡方面研究的是德國人貝納恩(B.R.Beenal)和阿赫班奇(Achenbach)。他們兩人分別于1897年和1874年提出安裝一個(gè)尾槳來(lái)平衡直升機旋翼產(chǎn)生的反向力矩的方案。通過(guò)安裝尾槳，可產(chǎn)生一個(gè)平衡力矩，以抵消旋翼力矩，保證直升機的平衡飛行。實(shí)際上這就是后期發(fā)展成熟的單槳式直升機的萌芽。

　　此后，許多直升機事業(yè)的先驅者都試圖研究并解決飛行力矩問(wèn)題，運用兩個(gè)或更多的旋翼來(lái)克服飛行力矩，其原理是使這些旋翼以相反的方向旋轉，使各自的飛行力矩彼此抵消保證平衡。探索的結果導致了直升機幾種不同的結構形式：?jiǎn)螛�式、共軸式、橫列式、縱列式、多槳式等的問(wèn)世。

　　直升機的表現形式有哪些?

　　單槳式成為后來(lái)實(shí)用直升機的主要形式。這種形式最早出現于1874年，是阿赫班奇設計的。這架水蒸氣機驅動(dòng)的直升機包含一個(gè)舉力旋翼和一個(gè)推進(jìn)式螺旋槳，一個(gè)方向舵和一個(gè)尾槳。這是用尾槳平衡直升機力矩的第一架直升機。

　　共軸式結構是在同一個(gè)軸上安裝兩個(gè)旋轉方向相反的旋翼，這樣兩旋翼所產(chǎn)生的力矩就彼此抵消了。早期直升機多采用這種結構形式，其最早的設計是布萊特于1859年作出的。由于動(dòng)力的緣故，這架直升機沒(méi)有進(jìn)行過(guò)試驗。早期取得一定成功的共軸式直升機是美國人埃米爾·貝林納(E.Beliner)于1909年設計的。他的直升機安裝了兩臺發(fā)動(dòng)機，與共軸的旋翼相連。旋翼采用堅硬的木質(zhì)槳葉，通過(guò)傾斜整個(gè)族翼及部分機身來(lái)達到控制。這架直升機成功地飛行了三次。人們對共軸雙旋翼直升機究和研制一直沒(méi)有停止。俄羅斯卡莫夫設計局從1945年 研制成功卡-8共軸式直升機到90年代研制成功被西方譽(yù)為現代世界最先進(jìn)的武裝攻擊直升機卡-50;發(fā)展了一系列共軸雙旋翼直升機。

　　縱列式結構是通過(guò)沿身體前后排列的兩個(gè)旋向相反的旋翼，來(lái)克服直升機的力矩的。1907年，法國人泡特·科努(P.Comu)制造了一個(gè)外形結構與縱列式結構非常相似的直升機，并成功地進(jìn)行了—它行試驗，但這種結構在早期發(fā)展的直升機中較多采用，主要原因是機身長(cháng)，重心變化范圍大，穩定性差。雙旋翼縱列式直升機最有名氣的是美國的 CH-47“支奴干” 1。在越南戰爭初期，美國曾將大量的CH-47直升機投入戰場(chǎng)，以運送兵員和物資。由于該直升機機體大，機動(dòng)性差，沒(méi)有自衛能力，所以被擊落不少。

　　橫列式結構是通過(guò)沿機體橫向左右排列的兩個(gè)旋轉方向相反的旋翼來(lái)克服直升機力矩的。這種結構的直升機最早出現在1908年與1909年間，是由美國人貝林納設計制造的。它將兩個(gè)旋翼并排安裝在機翼兩端，通過(guò)傾斜整個(gè)旋翼及部分機身實(shí)現飛行控制。這種型式的直升機機最大優(yōu)點(diǎn)是平衡性好，其缺點(diǎn)與雙旋翼縱列式直升機差不多，操縱也比較復雜。雙旋翼橫列式直升機要在機身兩側增裝旋翼支架，無(wú)形中會(huì )增加許多重量，而且也加大了氣動(dòng)阻力。雙旋翼橫列式直升機的數量很少。前蘇聯(lián)米里設計局研制的米-12是最典型的雙旋翼橫列式直升機，它也是世界上最大的直升機。該機機身長(cháng)37米，每副旋翼直徑35米，最大起飛重量105噸，最大平飛速度260公里離小時(shí)，僅在60年代試制了4架原型機，沒(méi)有投入批量生產(chǎn)。

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