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论早已解决。但固定翼飞机的机翼处于相对简单的气流流场,直升机旋翼所处的流场实在太复杂了,不光
有前进方向,还有旋转的切向和径向方向,此外,在机身上发动机结构和旋翼之间,还有复杂的纵向的马
蹄形流和横向的涡漩。即使这些问题都解决了,理论上有可能研制出一种弯弯的马刀形状的桨叶,延迟超
音速激波的产生,但桨叶受力情况十分复杂,包括扭曲、拉伸,在材料上要制造足够坚固耐用又轻巧的旋
翼很困难,旋翼要突破音障不是一件容易的事。要突破直升机速度的限制,只有突破旋翼既作为升力装置
又作为推力装置的局限。
发动机舱周边有马蹄形流 / 发动机舱两侧也有横向的涡流
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突破旋翼既作为升力装置又作为推力装置的第一步就是为旋翼减轻负担,用单独的推进装置提供推力。
从 50 年代开始,大量方案就是从在普通直升机上加装推进发动机开始,将常规直升机改装为复合直升机
(compound holicopter)。采用专用的推进发动机,前飞时,旋翼就不必前倾,既减小迎风面积带来的阻
力,又避免了前倾旋翼造成的“降力”。为了进一步减轻旋翼的负担,直升机还可以安装短翼,在前飞时
提供气动升力,这样,对旋翼产生升力的要求可以降到最低,后行桨叶失速也就不成为问题,消除了直升
机速度上不去的一大障碍。4S,`6D*n9|$a"H -W
很多常规直升机并没有专用的推进发动机,但安装了短翼,就是为了在前飞中产生升力,减低对旋翼
升力的依赖,以提高前飞速度。对于攻击直升机来说,短翼还是提供武器挂架的好地方。采用短翼的典型
直升机有米-6、AH-64 等,米-24 的短翼也有提供升力的作用,但最主要的目的却是加强横滚稳定性。就
像世上所有的好事一样,没有免费的午餐。短翼不光增加结构重量,最大的问题是遮挡旋翼的下洗气流,
削弱了旋翼的效率。所以强调悬停和直升机特有的非常规机动性能的直升机常常不选用短翼,即使采用短
翼,也使短翼有较大的下反,以减小对旋翼下洗气流的不利遮挡。有人把这种采用短翼的直升机也称为复
合直升机,因为升力的产生已经不再单纯依靠旋翼,但通常人们还是把升力和推力两者都不再依靠旋翼的
直升机称为复合直升机。
米-6 的短翼用于在平飞时产生升力,为旋翼卸载 / AH-64 的短翼同时兼作武器挂架,一物两用
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卡莫夫 Ka-22 是早期复合直升机的一个典范,曾创造多项速度和载重记录 / MBB 的 BBH 攻击直升机,采
用常规的“开放”推进螺旋桨作推动力,计划被取消后,转入和法国合作发展“虎”式直升机
西科斯基 S-66,和洛克希德 AH-56“夏延”竞争落败,但速度比“夏延”更快,号称世界第一。S-66 的
尾部螺旋浆可以转向,向后做推进用,向左作反扭力用,而不像“夏延”那样,用两个专用的推进螺旋桨
和反扭力尾桨
50-60 年代时,采用单独的推力发动机的复合直升机方案如雨后春笋,有不少达到试飞阶段,其中
Piasecki 的 16H 是其中的佼佼者。Piasecki 16H 采用一个尾置的涵道螺旋桨提供推力,涵道螺旋桨后有
控制舵面,利用后洗气流提供偏航和俯仰控制。主旋翼依然保留周期距控制,用于悬停或非常规机动时提
供控制。Piasecki 的方案在 60 年代没有引起足够的兴趣,但是在 90 年代,重新引起美国军方的兴趣。
Piasecki 将 16H 的概念用在 UH-60 上,试制了所谓“速度鹰”(Speed Hawk),不仅提高了速度,还将
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航程提高了 3 倍,使“速度鹰”的航程和 F-18 战斗机相当,用作海军的搜索救援直升机十分有利。同样
的概念还用在 AH-64“阿帕奇”攻击直升机上,速度提高 25%。环形尾的问题主要有两个:环形尾套件增
加重量,“速度鹰”比基型的 UH-60 要重 800 公斤。另一个问题是即以对旋翼下洗气流的遮挡减低旋翼
效率,旋翼功率要增加,否则悬停性能要受到损失。&r:m;J/E#Y%o
Piasecki 16H 采用尾置涵道螺旋桨(也称“环形尾”,ringtail)作为平飞的推进器,短翼提供平飞升力,
将旋翼“解放”出来,大大提高平飞速度,也大大降低机械振动和疲劳
“速度鹰” (Speed Hawk),这是 Piasecki 用 UH-60 的机体和主要机械系统作基础,研制的“推力转
向涵道推进”(Variable Thrust Duct Propeller)研究机
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VTDP 前飞时的状态,略微向前进方向的左侧偏转,反扭力作用部分由气动舵面完成 / VTDP 在悬停时的状
态,可伸缩的“斗篷”向左偏转 90 度,加强反扭力作用
Piachecki 也推出了“速度眼镜蛇”和“速度阿帕奇”方案
30 年代末,大学刚毕业的 Friedrich von Doblhoff 异想天开,建议在旋翼翼尖上安装法国工程师
Rene Leduk 早年发明的冲压式喷气发动机,驱动旋翼,现在称之为喷气翼尖(tip jet)。发动机驱动旋
翼旋转是造成反扭力的原因,即使新奇的方案如“夏延”,依然逃脱不了采用尾桨平衡反扭力的布局。喷
气翼尖在桨叶内通过管路向翼尖输送高压压缩空气,压缩空气从翼尖向后喷出,就可以推动桨叶转动。喷
气翼尖的极端是直接在旋翼翼尖安装微型喷气发动机,喷气驱动旋翼旋转。由于桨轴不是驱动轴,旋翼转
动没有反扭力,所以不需要尾桨。桨叶内输导压缩空气的能力有限,结构也复杂,但发动机可以放在机体
内。翼尖喷气发动机的方案在技术上更有诱惑力,燃料在离心力的作用下,可以容易地向翼尖输送,燃烧
用的空气也主要由管路输送过来的压缩空气提供,因为在翼尖的发动机进气受圆周运动的影响太大。发动
机必须轻小,一般采用结构简单的脉动喷气发动机(pulse jet)或冲压喷气发动机(ram jet)。喷气翼
尖的问题是噪声不仅巨大,而且尖厉,有规则,特别烦人。不过最大噪声实际上延续时间不长,只有起飞
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