为何当前直升机旋翼多为铰接式?贝尔直升机专家:因为懒

事实上,在直升机的早期研制工作中,直升机发明家就开始考虑将刚性桨叶应用到直升机旋翼中,然而在当时,这个想法却始终没能实现。

假如强行要给当时的直升机装上刚性旋翼的话,可能出现的场景是这样的:一架装配有刚性桨叶的直升机旋翼刚转起来突然就折断了,桨叶高速飞出去削了一片人;或者是,一架装配有刚性桨叶的直升机终于克服重重困难起飞了,然后驾驶员用力地一推杆,结果桨叶先是一动不动,几秒种后,直升机一个侧翻——机毁人亡。

为何当前直升机旋翼多为铰接式?贝尔直升机专家:因为懒

这一切的根源就在于直升机旋翼在高速旋转过程中会产生巨大的离心力,离心力将会作用在桨叶根部,随着直升机的周期旋转,产生极大的交变力矩,损坏桨叶,以当时的工业技术水平,完全无法研制出质量合格并且操纵性能良好的旋翼。

因此,当时聪明的发明家们,就想到可以在直升机根部设置一系列铰链来连接旋翼桨叶和桨毂头,他们发明了挥舞铰摆振铰来解决旋翼的挥舞弯矩力和摆振弯矩力,这样才实现了第一台旋翼机的真正飞行。

为何当前直升机旋翼多为铰接式?贝尔直升机专家:因为懒

那时候,自转旋翼机的研究比直升机更热门,铰接式旋翼的研制工作也是首先在自转旋翼机上展开的,而随着时代的发展,具有优秀的垂直升降和悬停性能的直升机,吸引了所有人的目光,发明家和工程师开始把目光转向直升机的研制。

首当其冲需要被研制的就是直升机最重要的气动部件——直升机旋翼。

贝尔直升机专家说:之所以发明家从自转旋翼机转到直升机的研制上之后,仍然使用着铰接式旋翼的方案,就是因为工程师们懒。他们懒得思考直升机和自转旋翼机的差异,思维惰性使得他们默认直升机的旋翼就应该是铰接式旋翼,这导致后续的直升机型号研制深受其影响。然而事实上,全铰接式旋翼显然是无法满足现代旋翼飞行器的要求的。

那么现代的直升机旋翼有什么要求呢?

为何当前直升机旋翼多为铰接式?贝尔直升机专家:因为懒

随着人们对直升机操纵性、稳定性、振动水平、易用性、维护性以及载重能力的要求提升,旋翼的构型也发生了不小的变化,算上全铰接式桨叶目前主要有四种旋翼形式:

  • 全铰接式桨叶

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  • 半铰接式/半刚性桨叶

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  • 无铰式刚性桨叶

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  • 无轴承桨叶

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其中刚性桨叶在高速旋翼飞行器上应用广泛,也是未来的发展趋势,刚性桨叶的优点有:

  1. 机械结构简单(无挥舞铰和摆振铰,仅保留变距铰)

  2. 稳定性好(Neutral Stability)

  3. 提升了操纵响应的效率

  4. 增大了直升机重心范围(类似于挥舞铰偏置量的作用)

为何当前直升机旋翼多为铰接式?贝尔直升机专家:因为懒

由于刚性旋翼优势突出,而且现在的复合材料技术也能满足它对材料刚度的需求,因而在后续的直升机机型研制中,我们会看到越来越多的刚性桨叶设计,而结构复杂、操纵响应滞后严重的全铰接式旋翼结构将会慢慢淡出舞台(当然,这仍会是不短的一段时间,毕竟一架直升机使用寿命还是相当可观的)。


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