直升機是靠螺旋槳帶動幾十噸的機身飛行,為什麼把槳葉架起來卻經不住機身的重量?

秋國703


首先,直升機的升力裝置叫主旋翼,不叫螺旋槳,螺旋槳的槳葉攻角會沿著槳葉軸向從中心到葉端連續變小,是一片“扭曲”的槳葉,而直升機旋翼一般來說不是這樣的。

我們以西科斯基S76直升機的主旋翼舉例:


飛機維修手冊對於主旋翼是這樣描述的:

四個主旋翼葉片與主旋翼頭相連,提供飛行所需的升力。主旋翼葉片的主要結構構件是焊接的鈦梁,具有大部分的平面、扭轉和離心承載能力(上圖)。採用熱成形工藝,使鈦梁圓管進入翼型輪廓。帶貫穿螺栓襯套的孔位於葉柄端,用於將葉片與主軸連接。

機翼蒙皮是由交叉編織玻璃纖維與石墨後緣加強條組成。金屬絲網浸漬在外殼上,提供防雷保護。旋翼前緣由鈦合金防磨條保護,防止腐蝕。葉片半徑的外部部分由鈦前緣上方的鎳防侵蝕帶保護。

機翼結構裡除了大梁之外還有Nomex蜂窩結構支持。加強阻尼器連接耳是葉片根部後緣的重要組成部分。

由玻璃纖維和鉛棒製成的配重塊與梁前緣連接,實現弦向平衡。在翼尖末端,在翼尖內的尖上安裝有橫向和縱向的墊片配置塊,以便在製造過程中保持最終的旋翼葉片平衡。

下面講下旋翼承力方式:

旋翼本身的承力結構主要是鈦梁,還有機翼裡蜂窩結構的複合材料,還有就是旋翼蒙皮。

在旋翼停轉的時候旋翼是搭下來的(有下垂限),也就是是半剛性的。這時候你要是用很大力去掰旋翼葉片,葉片結構會受到損失。

如果旋翼在發動機大車狀態(大約314轉每分鐘),因為離心力發揮作用,拉伸旋翼結構裡的鈦梁,鈦梁受到離心力拉伸變成剛性梁,類似於一根繩子被拉直。鈦梁是空心薄壁結構,可以承受極大的拉力,但是薄壁結構不抗壓,一旦有壓力容易失穩性崩潰。



旋翼在空中會受到氣動力,旋翼自身重力(忽略),還有旋翼旋轉的離心力,還有翼根連接處的作用力。

從上圖鈦梁橫截面的受力圖來看,旋翼在空中時,以鈦薄壁梁的上下表面取兩個點來做解釋。

旋翼轉起來以後會有離心力而離心力可以抵消掉上鈦梁薄壁結構上表麵點的壓力(壓力是由於靠翼尖方向向上氣動力的扭矩產生的),這樣鈦梁薄壁就不會承受很大壓力。而下表麵點都是拉力也就無所謂了,不會對大梁構成威脅。

如果旋翼停轉,沒有離心力的抵消,用手去掰旋翼就會在旋翼某個薄壁點上長沙巨大壓力從而破壞旋翼結構。

以上只是對於理想情況少數力的分析,其實旋翼內部應力非常複雜,有剪力,拉力,壓力,扭力等等。如果要分析一本書也寫不完。


兔子的野史


在直升機從地面上起飛時,有些人會發現一個細節:在發動機沒有啟動,旋翼沒有轉動時,旋翼軟軟的下垂,有時甚至能看見兩個地勤扛著一片槳葉走。但是在轉動起來之後,旋翼被拉直,就能輕鬆的帶著直升機和重重的貨物飛起來,這是為什麼呢?其實答案就藏在一個細節裡:在沒有轉動時,旋翼下垂,而轉動起來後,旋翼就被拉直了。

現代的先進直升機採用的是複合材料槳葉,相比傳統的金屬槳葉,質量大大下降,甚至能降到兩三個人就能輕鬆抬走的地步。而且複合材料槳葉有各向異性,在垂直於軸線的方向上很軟,受到這些力時會發生很大彎曲,甚至會被直接折斷。所以直升機在靜止時不能用槳葉吊起來。而在高速轉動起來之後,旋翼除了受到空氣升力,還會受到旋轉帶來的離心力,這正是旋翼能支撐起飛機的關鍵。受到升力作用後旋翼會微微上翹,偏離旋轉軸面,連帶升力也離開垂直方向。而離心力方向一直沿著軸面,加上槳轂的拉力,這些力會遵守高中學過的力的合成規則,產生一個垂直向上的合力,這個合力才是帶動飛機的關鍵。

這個現象就和我們生活中的用繩子繫著物體轉動一樣,當轉速足夠時,就算沒有直接的向上的裡,物體也會在合力作用下沿著螺旋線上升。在直升機上,正是離心力和其他力的合成作用讓旋翼承受了飛機的重力而不會被從中間折斷。這也正是複合材料非常適合製造旋翼的原因。複合材料裡使用纖維增強,而它能承受的順著纖維方向的力最大,其他方向的力卻卻不行。用它製成的複合材料也繼承了這一點,順著纖維方向非常耐拉,但垂直於纖維方向就很軟。而直升機旋翼正是需要耐拉,所以用它製造再合適不過了。


思遠防務


看了這麼多答案,還是忍不住出來說兩句!不妥當的答案太多了!不一一反駁!只回答題主的問題本意! 飛機飛行時各片主槳葉能架著十幾噸飛機飛行以及各種動作,而把槳葉架起來卻經不住飛機的重量。其實大家都回答偏題了,不是架不起來,而是架的方法不對。1.直升飛機靜態時,柔性的主槳葉下垂一定的角度,槳

轂處有絞接,彈性軸承,下垂限位器。2.起動後轉速100%時,槳葉在離心力作用下,整個槳葉平直了,整個槳葉運動圓盤是一個平面,此時槳葉的升力為0。3.飛行員提總距,每片槳葉迎角增加,流過槳葉上下表面氣流速度差形成上下壓力差,以及迎角增大後的壓縮空氣所形成的向上的反作用力。共同使整個槳葉向上反轉,此時的視覺效果是整個槳盤形成一個槳葉尖向上的圓錐體,可以將槳葉想像成一截一截的向上拉昇的個體。4.以上的力量傳到槳葉根部,再經彈性軸承,槳轂等傳到主軸。然後再通過上下傾斜盤操作達到左右轉,俯仰等動作,扯遠了。5.以上說了半天是簡單解釋一下原理,回答提問是可以的,只是不是大家想像中的光槳葉尖部拉起飛機,而是應該像飛行一樣,每個槳葉劃分成一截一截的拉昇且用力相對均勻,那麼架起來飛機毫無問題,而且設計強度還有不少的餘量!6.以上內容懂的即懂,不懂的也不想多作解釋!😃😃😃



布老虎HJP


我是小地,我來回答!確實,直升機是靠螺旋槳能夠“提起”機身,但在地上卻撐不起它!直升機是不需要經過跑道滑行而直接垂直起飛及降落的航天器,它之所以能夠實現垂直起飛及降落,這是與它的設計結構密切相關的。

我們都知道,飛機之所以能夠飛行,並非像地面上飛馳的小汽車那樣是靠實打實的生拉硬拽而實現的,它涉及到機械構造、空氣動力學以及飛行力學以等很多方面的知識,說白了直升機就是靠“借力”飛行的。話不多說,先上一張圖,看看直升機的主要結構圖解。

從上圖可以看到,在直升機的上方有個巨大的螺旋槳(準確的叫法是“旋翼”),而直升機就是靠發動機驅動旋翼提供升力把直升機“托起”在空中的。在直升機的尾部則也有一個小的螺旋槳,它是用來平衡反扭矩和對直升機進行航向操縱的部件。

通過牛頓第三定律我們知道“相互作用的兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等,方向相反,且作用在同一條直線上”,因此,如果直升機上只有一個旋翼沒有其他措施的話,當直升機在啟動被“托起”的一瞬間便處於搖擺狀態,對飛行極為不利,而旋轉著的尾槳相當於一個垂直安定面,能對直升機航向起到穩定作用。

直升機的槳葉是由複合材料製作而成,它需要具有很好的韌性和抗疲勞性,因為旋翼不僅要提供向上的升力,還要在飛機姿態改變時承受各個方向的扭力,如果單純用一般的金屬材料,很有可能被扭彎或者折斷,導致直升機無法起飛或有墜機的危險。

旋翼的槳葉轉動是做圓周運動,當旋翼停止轉動時,旋翼的槳葉呈下垂狀態,當旋翼轉動時,由於離心力大小的不同,槳葉處於拉平或上揚的狀態,在旋翼的旋轉作用下,空氣在槳葉的上下兩個面形成壓力差,使得直升機被“托起”。旋翼同時,在直升機的旋翼上還安裝了自動傾斜器,它能驅動直升機傾斜來改變方向。

由於直升機具有方便靈活且不需要較高的起降條件,因此被廣泛應用在運輸、巡邏、旅遊、救護等多個領域。

看完這些,你對直升機的飛行原理有了更深刻的認識嗎?如果你有更為通俗易懂的解釋,歡迎在下方留言!


地理那些事


其實,只要槳葉的受力角度搞正確,即使直升機是靜止的,直接用槳葉把它給架起來也是可以的,簡單來說就是:

槳葉在旋轉的時候是一個怎樣的角度以及是如何受力的,那麼靜態時的槳葉也需要以同樣的角度去受力,這樣的話,槳葉就能把機身給架起來。大家不要想當然的覺得直升機的槳葉在旋轉的時候是水平的啊,然後覺得槳葉對機身的作用力就是簡單的垂直向上,這樣去理解就錯了,為什麼?因為槳葉並不是直接跟槳軸連接在一起的,而是通過一個叫做“揮舞鉸”的部件後才和槳軸連接在一起,這個揮舞鉸的作用就是使槳葉能夠上下襬動,保證飛行器在飛行時的穩定(揮舞鉸的具體作用這裡不作詳細討論),所以,在揮舞鉸的作用下,直升機的槳葉在旋轉的時候其實是這樣的:

▲直升機槳葉受力分析圖

槳葉在旋轉時會稍微向上抬,形成一個 類似“倒錐形”的結構,如上圖所示,從圖中的受力分析我們可以看到,槳葉在高速旋轉過程中,除了會受到升力的影響外,同時還會受到自身離心力(一種虛擬的慣性力)的影響,其中力F1是離心力沿槳葉方向的分力,F2則是與升力相反方向的分力,F2可以抵消掉一部分升力,使槳葉不能在升力的作用下無限度的往上抬,而是保持在一個特定的角度,而且根據槳葉不同位置距離槳軸的距離不同,受到的升力和離心力的大小也是不同的,即槳葉受到的升力也並不是簡單的直接槳葉的某一點上,而是需要分配到槳葉的任何一個位置,同時,離心力的分力F1同時會對槳葉產生一個“拔”的力,這個力沿著槳葉方向,簡單來說就是:槳葉不僅僅受到往上“抬”的力,同時還會受到一個“拔”的力。“拔”力的受力分析大概如下圖所示:

圖中F合為F1和F2的合力,這個合力同樣起到把直升機拉起來的作用,所以,對於直升機的槳葉來說,首先是升力並不是作用在某一個點的,而是需要分配到整個槳葉上,同時離心力分力F1的作用會進一步減輕槳葉的負擔,關於這個對槳葉的“拔”力,我們可以這樣理解,舉一個例子:用三條長的薄鐵片看做是直升機的槳葉,一個重物看做是直升機,鐵片固定在重物上,此時如果你直接用鐵片抬,那麼肯定不能把重物給抬起來,鐵片會彎掉,但是如果從一定的角度(倒錐形)同時拉這三條長鐵片的話,那麼就能很輕鬆的把重物給抬起來了。因此,直升機的槳葉就有點類似這個原理,在不考慮流體對槳葉升力的話,我們可以直接理解成是通過“拉”或者“拔”槳葉把直升機帶起來的。

▲“倒錐形”轉動的槳葉

因此,如果想要在靜態的時候通過槳葉把直升機“抬起來”,那麼就應該把槳葉稍稍往上抬一定的角度,然後沿著槳葉的方向施加拉力,即通過“拔”、“拉”槳葉把直升機給架起來,而不會直接往上抬槳葉,直接往上抬的話,力的作用就集中在槳葉的某一個點,肯定是行不通的,而通過拉槳葉的話,其實力作用點就是在槳軸上,而不是直接在槳葉上,這種情況下,是有可能在靜態時通過槳葉把直升機“拉”起來的!


哨兵ZH


直升機是靠螺旋槳帶動幾十噸的機身飛行,為什麼把槳葉架起來卻經不住機身的重量?歡迎關注兵器知識譜,原創不易,敬請隨手點贊。嚴格地講,直升機的螺旋槳應該叫做“旋翼”,即旋轉的機翼。固定翼飛機的“翅膀”固定在機身上,通過發動機的運轉產生推力推動飛機高速向前運動,機翼通過機身在高速滑行中划動空氣獲得升力使飛機離地起飛,飛機在起飛前自身重量由起落架傳導到地面,而升空以後重量則轉移到機翼上。因此機翼除了提供升力以外,在空中還要承擔飛機的自身重量,不僅固定翼飛機如此,直升機同樣是這個道理,比如最大起飛重量達56噸的米-26重型直升機,該型飛機是世界上最大的直升機,在待飛狀態下30噸的自身重量將全部由3組起落架擔負,離地起飛以後這些重量就全部由8片旋翼擔負。然而飛機(包括固定翼飛機和旋翼飛機)在靜止狀態時機翼卻無法支撐機身的重量,究其原因還是以升力為主要因素,下面我們就從兩方面來闡述直升機旋翼載荷的相關知識。下圖為武警部隊裝備的載重量為24噸的米-26重型直升機正在卸載履帶式消防車。

機翼獲得升力使飛機起飛昇空的原理

解釋這個原理需要用到一個很專業的術語叫做“空氣動力學”,飛機通過“空氣動力學”原理升空的本質是機身上的機翼獲得空氣升力。飛機在發動機的推動下在地面滑行從速度0逐步加速80碼~300碼不等的起飛速度(起飛速度與飛機大小有關),這時候機翼在高速切割空氣時機翼下方的升力逐步大於機翼上方的阻力,這時候飛機獲得了起飛昇空的條件。直升機的旋翼同樣如此,在發動機的驅動下旋翼開始從速度0開始加速旋轉,當旋翼旋轉速度達到一定轉速後旋翼在高速划動空氣時所產生的升力大於阻力,直升機因此得以升空飛行。大多數直升機升空離地的旋翼轉速恆定為400轉/分鐘,升空以後的升力控制並不是降低或升高旋翼轉速,而是通過調整旋翼槳葉的漿矩來實現升力控制,漿矩越大直升機的升力越大,漿矩調整至最小角度時即便旋翼仍然以400轉/分鐘旋轉也不產生升力。這就是直升機能在半空懸停或在地面旋轉旋翼卻不飛起來的原因。下圖為正在以“一樹之高”懸停空中的AH-64長弓阿帕奇武裝直升機,仔細觀察其槳葉,為了在懸停狀態下獲得最大升力,已經將槳葉角度調整到較大漿矩。

直升機旋翼的槳盤載荷

直升機在靜止狀態時旋翼對載荷的承受力稱為“旋翼載荷”,而旋翼在400轉/分鐘高速運行時的載荷承受力稱為“槳盤載荷”。我們仍然以AH-64長弓阿帕奇武裝直升機為例,該型直升機的旋翼載荷為47.9公斤/平方米(四片槳葉總面積為168.11平方米),靜止不動的四片槳葉旋翼載荷為8052.469公斤,僅能支撐5.1噸的自重和少許載荷;當旋翼運行至400轉/分鐘時四片槳葉將形成“槳盤”,它的槳盤載荷將在升力作用下達到526公斤/平方米,旋翼槳盤載荷量所能承受的重量遠遠超出長弓阿帕奇武裝直升機滿油滿彈狀態下10.4噸的最大起飛重量。這也是武裝直升機比普通直升機機動性強的原因,所以靜止不動狀態下旋翼的形態甚至為柔軟無力的下垂,是無法托起直升機自身重量的,此時若將槳葉架起來自然就經不住機身的重量了。下圖為滿油半彈狀態下做空中高機動規避導彈攻擊動作同時釋放誘餌彈的AH-64長弓阿帕奇武裝直升機,如果旋翼升力不夠強大,做這樣的動作是非常容易發生墜機事故的。

知識延伸

不僅直升機如此,固定翼飛機同樣如此,比如最大起飛重量達34.5噸的蘇-35戰鬥機,其翼載荷為408千克/平方米(固定翼飛機不存在旋翼槳盤載荷),在靜止狀態下兩對翼展15.3米,總面積為62.0平方米的機翼是無法托起其18.4噸空重的,只有在機翼獲得升力時機翼在空氣升力的支持下才具備托起34.5噸最大起飛重量的條件,並在以此條件下支持飛機做各種高速度、高機動的高難度戰術動作。綜上所述,無論是直升機的槳葉還是固定翼飛機的機翼,在沒有獲得空氣升力之前不具備負擔自身重量的條件,只有在高速運行並獲得空氣升力時槳葉和機翼才能擔負得起在地面時由起落架承擔的飛機自身重量。下圖為正在做“眼鏡蛇”戰術動作的蘇-35重型戰鬥機,“眼鏡蛇”是高難度的空中機動動作,再近距離空中格鬥時具有很高的戰術意義,但是操作不當時易使機翼失去升力,從而導致飛機失速墜毀。


兵器知識譜


因為旋翼只是把直升機上面的空氣往下吸引,讓直升機上面的大氣壓減少,利用大氣壓的壓力差使直升機上升,所以提升飛機的壓力並不都作用於螺旋槳,而是整個飛機。所以千萬不要認為是螺旋槳把飛機提上去的,螺旋槳只是在飛機上空製造了一個相對真空罷了!真正使得直升機飛起來的是大氣壓!大家都知道馬德堡半球實驗,那麼大點的球抽成真空,多少匹馬都拉不開,千萬別小瞧了大氣壓。


月上柳梢54


那是因為槳葉在沒有旋轉的情況下很脆弱的。

直升機的旋翼一般是採用韌性高的複合材料製造,它在靜止的狀態下可以看出自然的下垂,而在飛行過程中直升機旋翼上翹。

根據伯努利原理物體受到的壓強與受力面積有關,直升機的槳葉大多數是4-6葉槳,所以翼面積是4-6片旋翼的面積,而空氣的流速就是槳葉的旋轉速度,但是由於直升機旋翼跟發動機功率的匹配問題,所以直升機的最大升限一般是很低的。

直升機旋翼越大越長它自然就要轉的慢,如果旋翼越短越細就要發動機保持高轉速才能保持足夠升力,而每一種尺寸的槳葉都有適合的轉速(該轉速下該尺寸的效率最高,反之過高的轉速導致升力下降)。

直升機的旋翼在旋轉起來後才能承受整個直升機的重量,它的在旋翼旋轉起來之後受力是分散到翼面積的,而你在地面上用旋翼去承受重量那受力是在你吊的那個點上,很明顯直升機的旋翼哪怕再好的材料也受不住,面積受力和點受力完全不是一個概念。

還有直升機的旋翼在旋轉起來之後,產生向心力和反作用力,這二者會把直升機的旋翼拉直,這種作用力舉個生活中的例子就是鐵絲割草機,一般來說那麼柔軟的鐵絲你拿在手上能割草嗎?很明顯不能,但是把它裝到電機上讓它旋轉起來就能割草,不僅僅能割草還能把小樹枝打斷。

還有高速旋轉起來的紙片可以切蘋果,這個視頻網上有有興趣的可以百度去看,所以直升機不能吊旋翼的問題,總結起來一個就是直升機質量的受力的問題,另一個是旋翼受力的問題。



李曉偉


看了很多回答,我覺得題主的問題是否就是錯的?他說把直升機的旋翼靜止的架起來,就無法承受機身重量,這個確實嗎?是不是低估了相關部位材料的強度?

就如固定翼飛機的機翼,在飛行時產生的升力可以托起機身,那麼,機翼在靜止時被架起來,也應該能夠承受機身的重量。

直升機的旋翼既然在旋轉時能拉起機身,在靜止時也應該可以承受機身的重量吧?

我覺得的材料的強度往往超過一般人的想象。很多直升機的機身重量不超過10噸,據說,這個重量比較粗的鋼絲繩就可以吊起來。航空材料的強度,更是遠遠超過鋼材。

非專業人士基於常識的感覺,還請專業人士指點!


阿道夫二世


你做一個圈,和螺旋槳外徑一樣大,把螺旋槳頂端固定在圈上,提起這個圈,螺旋槳就不會斷。[酷拽]


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