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旋翼机飞行原理

来源:http://www.xnlantian.com/news/70.html   发布时间:2017-12-20

20世纪,飞机升降时常因故障而失速,导致多人丧生。西班牙工程师谢巴于是发明了自转旋翼机试图解决这一问题。旋翼靠飞机运动时激起气流转动,产生升力,使飞机失速时不会下坠,当时,他的这个发明被新闻界称之为“风车飞机”,1925年,谢巴在汉普郡芳白露皇家空军基地首次正式试飞。三年后,1928年,谢巴亲自驾驶旋翼机用37分钟的时间成功横越英伦海峡。此后,英美一些公司开始制造旋翼机,用于搜索和测量。1936年12月,谢巴搭乘的民航机在伦敦的克罗依登机场起飞时失速坠毁,他在这次空难中丧生。旋翼机虽然和直升机一样,都是依靠旋翼产生升力,但它不是直升机。旋翼机与直升机的最大区别是,旋翼机的旋翼不与发动机传动系统相连,发动机不是以驱动旋翼为飞机提供升力,而是在旋翼机飞行的过程中,由气流吹动旋翼旋转产生升力。

乍一看,旋翼机和直升机简直一模一样:它们头顶都有一副大直径的旋翼,在飞行中依靠旋翼的旋转产生升力。但是除去这些表面上的一致性,旋翼机和直升机却是两种完全不同的飞机。

旋翼机实际上是一种介于直升机和飞机之间的飞行器,它除去旋翼外,还带有一副螺旋桨以提供前进的动力,一般也装有较小的机翼在飞行中提供部分升力。旋翼机与直升机的最大区别是,旋翼机的旋翼不与发动机传动系统相连,发动机不是以驱动旋翼为飞机提供升力,而是在旋翼机飞行的过程中,由前方气流吹动旋翼旋转产生升力,象一只风车;而直升机的旋翼与发动机传动系统相连,既能产生升力,又能提供飞行的动力,象一台电风扇。由于旋翼为自转式,传递到机身上的扭矩很小,因此旋翼机无需单旋翼直升机那样的尾桨,但是一般装有尾翼,以控制飞行。

在飞行中,旋翼机同直升机最明显的分别为直升机的旋翼面向前倾斜,而旋翼机的旋翼则是向后倾斜的。

需要说明的是,有的旋翼机在起飞时,旋翼也可通过“离合器”同发动机连系,靠发动机带动旋转而产生举力。这样可以缩短起飞滑跑距离,几乎以陡直地向上爬升,但还不能垂直上升,也不能在空中不动(即“悬停”)。等升空后再松开离合器随旋翼在空中自由旋转。

旋翼机飞行时,举力主要由旋翼产生,固定机翼仅提供部分举力。有的旋翼机甚至没有固定机翼,全部举力都靠旋翼产生。

由于旋翼机的旋翼旋转的动力是由飞机前进而获得。万一发动机在空中停车螺旋桨不转了,此时旋翼机据惯性继续维持前飞,并逐渐减低速度和高度,就在这高度下降的同时,也就 有了自下而上的相对气流,旋翼就能可自转提供升力。这样,旋冀机便可凭飞行员的操纵安全地滑翔降路。即使在行员不能操纵,旋翼机失去控制的特殊情况下,也会像降落伞-样的降落,虽然也是粗暴着陆,但不会出现类似秤陀落地的情况。

当然,直升机也是具备自转下沿安全着陆能力的。但它的旋冀需要从有动力状态过渡到自转状态,这个过渡要损失一定高度。如果飞行高度不够,那么直升机就可能来不及过渡而触地。旋翼机本身就是在自转状态下飞行的,不需要进行过渡,所以也就没行这种为安全转换所需的高度约束。

由于旋翼机的旋翼是没有动力的,因此它没有由于动力驱动旋翼系统带来的较大的振动和噪音,也就不会因这种振动和噪音而使旋翼、机体等的使用落命缩短或增加乘员的疲劳。旋翼机动力驱动螺旋桨所造成的影响,显然小得多。

另外,旋翼机还有-个很可贵的特点,就是它的着陆滑跑距离大大地短于起飞沿跑距离,甚至操纵得好可以不滑跑就地着陆,只要-块比旋翼直径大一些的地方就可降落,即使不怎么平也不要紧,甚至可在旅游船顶篷或甲板上降落。

旋翼机

美国的旋翼机飞行训练手册说:“旋翼机的稳定性在所有航空器中最高”。它可自动调节,使机身具有良好的俯仰稳定性、滚转稳定性和速度稳定性。旋转起来的旋转桨盘恰似个大惯性轮,且旋翼没有周期变距等变化。又由于旋翼视的旋翼安装角比直升机的要大些,所以具有较好的陀螺效应,稳定性较高。

旋翼机的抗风能力较高,而且在起飞时,它还喜欢有风。对常规的旋翼机来说,风有利于旋翼的起动和加速旋转,可以缩短赵-它滑跑的跃离,当达到足够大的风速时,一般的旋翼机也可以垂直起飞。一般来说,旋翼机的抗风能力强于同量级的固定翼飞机,而大体与直升机的抗风能力相当,甚至“在湍流和大风中的飞行能力超出直升机的使用极限”。

旋冀机可分为两类,一类是需要滑跑起飞的,这种比较简单,大量的是这一类。另-类是可垂直起飞的,其起飞方法有三种:一种是带动力驱动它的旋翼;第二种是用预转旋翼并使其达到正常飞行转速的-定倍数,然后突然脱开离合器,同时使旋翼奖叶变距而得到较大的升力跳跃起飞;第三种则是由旋翼翼尖小火箭驱动旋翼旋转而提供升力来实现垂直起非这种垂直起飞的过程,一般都是由自动程序控制来完成的。

旋翼机的性能价格比是很高的,它有许多宝贵性能,价格却比较便宜,约为同量级直升机的五分之-到十分之一,相当子-辆中等偏上的小汽车的价钱。前面所提到的那种由小火筋驱动旋翼而垂直起飞,由汽油发动机和螺旋桨使其前-迄的“直升旋翼机”,其每磅有效载荷的价格也只有普通直升机中最便宜的三分之一。

由于旋翼机没有尾梁、没有尾传动系统及减速器自动倾斜器,绝大部分旋翼机也没有主旋翼传动系统、主减速器等,结构简单,所以不仅价格低,而且故障率也低。此外使用维护简单方便。所需费用也低。

旋翼机的驾驶比直升机容易得多。国外一些旋翼机-运行培训中心,对没有飞过任何机种的新手,一般通过两天的训练和带飞即可放单飞,而对有过训练的人一天就行了。

旋翼机虽然古老,但它也是一种正在蓬勃发展的年轻飞行器,其好用、安全、便利的特点,使其在未来的航空器家族中仍将占有一席之地。