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直升機(jī)飛行原理分析
直升機(jī)旋翼繞旋翼轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)葉片的工作類同于一個(gè)機(jī)翼。下面是小編為大家分享直升機(jī)飛行原理分析，歡迎大家閱讀瀏覽。
直升機(jī)旋翼的工作原理
直升機(jī)旋翼繞旋翼轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)葉片的工作類同于一個(gè)機(jī)翼。旋翼的截面形狀是一個(gè)翼型，如圖1所示。翼型弦線與垂直于槳轂旋轉(zhuǎn)軸平面(稱為槳轂 旋轉(zhuǎn)平面)之間的夾角稱為槳葉的安裝角，以j表示，有時(shí)簡(jiǎn)稱安裝角或槳距。各片槳葉的槳距的平均值稱為旋翼的總距。駕駛員通過直升機(jī)的操縱系統(tǒng)可以改變旋翼的總距和各片槳葉的槳距，根據(jù)不同的飛行狀態(tài)，總距的變化范圍約為2º~14º。
直升機(jī)旋翼的操縱
直升機(jī)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(jī)開車后，旋翼開始旋轉(zhuǎn)，槳葉向上抬，直觀地看，形成一個(gè)倒立的錐體，稱為旋翼錐體，同時(shí)在槳葉上產(chǎn)生向上的升力。隨著旋翼轉(zhuǎn)速的增加，升力逐漸增大。當(dāng)升力超過重力時(shí)，直升機(jī)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速，而且取決于槳葉的槳距。從原理上講，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和槳距都可以調(diào)節(jié)拉力的大小。但是旋翼轉(zhuǎn)速取決于發(fā)動(dòng)機(jī)(通常用的是渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)或**式發(fā)動(dòng)機(jī))主軸轉(zhuǎn)速;而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有一個(gè)最有利的值，在這個(gè)轉(zhuǎn)速附近工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)效率高，壽命長(zhǎng)。因此，拉力的改變主要靠調(diào)節(jié)槳葉槳距來實(shí)現(xiàn)。但是，槳距變化將引起阻力力矩變化，所以，在調(diào)節(jié)槳距的同時(shí)還要調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)油門，保持轉(zhuǎn)速盡量靠近最有利轉(zhuǎn)速工作。
直升機(jī)的平飛依靠升力傾斜所產(chǎn)生的水平分量來實(shí)現(xiàn)。例如，欲向前飛，需將駕駛桿向前推，經(jīng)過操縱系統(tǒng)，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(jī)拉向前進(jìn)。
直升機(jī)的方向是靠尾槳控制的。欲使直升機(jī)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(xiàn)機(jī)頭指向的操縱。
直升機(jī)的構(gòu)型變化
直升機(jī)旋翼的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了升力的同時(shí)，空氣對(duì)旋翼的反作用也形成了一個(gè)與旋翼旋轉(zhuǎn)方向相反的作用力矩，驅(qū)使直升機(jī)的機(jī)體反向旋轉(zhuǎn)，這就是所謂的直升機(jī)力矩及力矩平衡問題。
較早致力于力矩和力矩平衡方面研究的是德國(guó)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)尾槳來平衡直升機(jī)旋翼產(chǎn)生的反向力矩的方案。通過安裝尾槳，可產(chǎn)生一個(gè)平衡力矩，以抵消旋翼力矩，保證直升機(jī)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(jī)的萌芽。
此后，許多直升機(jī)事業(yè)的先驅(qū)者都試圖研究并解決飛行力矩問題，運(yùn)用兩個(gè)或更多的旋翼來克服飛行力矩，其原理是使這些旋翼以相反的方向旋轉(zhuǎn)，使各自的飛行力矩彼此抵消保證平衡。探索的結(jié)果導(dǎo)致了直升機(jī)幾種不同的結(jié)構(gòu)形式：?jiǎn)螛健⒐草S式、橫列式、縱列式、多槳式等的問世。
直升機(jī)的表現(xiàn)形式有哪些?
單槳式成為后來實(shí)用直升機(jī)的主要形式。這種形式最早出現(xiàn)于1874年，是阿赫班奇設(shè)計(jì)的。這架水蒸氣機(jī)驅(qū)動(dòng)的直升機(jī)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(jī)力矩的第一架直升機(jī)。
共軸式結(jié)構(gòu)是在同一個(gè)軸上安裝兩個(gè)旋轉(zhuǎn)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(jī)多采用這種結(jié)構(gòu)形式，其最早的設(shè)計(jì)是布萊特于1859年作出的。由于動(dòng)力的緣故，這架直升機(jī)沒有進(jìn)行過試驗(yàn)。早期取得一定成功的共軸式直升機(jī)是美國(guó)人埃米爾·貝林納(E.Beliner)于1909年設(shè)計(jì)的。他的直升機(jī)安裝了兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，與共軸的旋翼相連。旋翼采用堅(jiān)硬的木質(zhì)槳葉，通過傾斜整個(gè)族翼及部分機(jī)身來達(dá)到控制。這架直升機(jī)成功地飛行了三次。人們對(duì)共軸雙旋翼直升機(jī)究和研制一直沒有停止。俄羅斯卡莫夫設(shè)計(jì)局從1945年 研制成功卡-8共軸式直升機(jī)到90年代研制成功被西方譽(yù)為現(xiàn)代世界最先進(jìn)的武裝攻擊直升機(jī)卡-50;發(fā)展了一系列共軸雙旋翼直升機(jī)。
縱列式結(jié)構(gòu)是通過沿身體前后排列的兩個(gè)旋向相反的旋翼，來克服直升機(jī)的力矩的。1907年，法國(guó)人泡特·科努(P.Comu)制造了一個(gè)外形結(jié)構(gòu)與縱列式結(jié)構(gòu)非常相似的直升機(jī)，并成功地進(jìn)行了—它行試驗(yàn)，但這種結(jié)構(gòu)在早期發(fā)展的直升機(jī)中較多采用，主要原因是機(jī)身長(zhǎng)，重心變化范圍大，穩(wěn)定性差。雙旋翼縱列式直升機(jī)最有名氣的是美國(guó)的 CH-47“支奴干” 1。在越南戰(zhàn)爭(zhēng)初期，美國(guó)曾將大量的CH-47直升機(jī)投入戰(zhàn)場(chǎng)，以運(yùn)送兵員和物資。由于該直升機(jī)機(jī)體大，機(jī)動(dòng)性差，沒有自衛(wèi)能力，所以被擊落不少。
橫列式結(jié)構(gòu)是通過沿機(jī)體橫向左右排列的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的旋翼來克服直升機(jī)力矩的。這種結(jié)構(gòu)的直升機(jī)最早出現(xiàn)在1908年與1909年間，是由美國(guó)人貝林納設(shè)計(jì)制造的。它將兩個(gè)旋翼并排安裝在機(jī)翼兩端，通過傾斜整個(gè)旋翼及部分機(jī)身實(shí)現(xiàn)飛行控制。這種型式的直升機(jī)機(jī)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(jī)差不多，操縱也比較復(fù)雜。雙旋翼橫列式直升機(jī)要在機(jī)身兩側(cè)增裝旋翼支架，無形中會(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(jī)的數(shù)量很少。前蘇聯(lián)米里設(shè)計(jì)局研制的米-12是最典型的雙旋翼橫列式直升機(jī)，它也是世界上最大的直升機(jī)。該機(jī)機(jī)身長(zhǎng)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(jī)，沒有投入批量生產(chǎn)。
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