03.04 直升机是如何获得向前的动力的?

伝儱


直升机是一种独特的飞行器,此前直升机一直被归类在“飞机”之外,直升机和飞机属于两种截然不同的飞行器,此外还有另一种飞行器叫做旋翼机,这三种飞行器的飞行原理各不相同,因此被归为了三类。

要明白直升机怎么向前飞,首先需要知道直升机怎么飞,而要知道直升机怎么飞,可以先从简单的固定翼飞机怎么飞来入手。首先固定翼飞机采用流体力学原理,流体在一个管道中流动时,流速大的地方压力小,流速小的地方压力大。因此,机翼的上部凸出,这是一个细流管的构造,空气在机翼上部的流速快,从而压力减小,而机翼的下部平坦,空气的流速相对上部小,从而压力大,飞机在向前移动时,机翼上下的压力差随着飞机移动的速度而变大,当飞机的移动速度带来的机翼上下压力差大于飞机的自重时,飞机就腾空而起了。

而直升机的机翼为几片桨叶,将固定翼变成了绕轴快速转动的旋翼,同样根据流体力学原理,旋翼旋转的速度越快,上下压力差就越大,最终当旋转速度超过一定值后,旋翼上下的压力差大于了飞机的自重,飞机就获得一个向上的力,以旋翼上方所指的方向来移动。

因此,直升机如何向前就更简单了,当旋翼在一系列作动机构的调整下,向前倾斜,让旋翼的上方朝斜前上方向,直升机就会朝着斜上方移动,而朝着斜上方的时候,地球的引力仍然是竖直的,所以一部分向上的力被抵消,直升机就向前飞行了。

顺便提一句,由于直升机的旋翼在旋转时,会产生一个巨大的偏转力矩,这个力矩将让直升机的机身也跟着旋翼来旋转,为了避免这种情况的发生,直升机设计了一个尾桨,尾桨通过一个垂直于主旋翼的副旋翼的旋转,抵消这个偏转力矩,从而控制直升机的前进方向,当直升机需要转向时,只需要加大或减小这个尾桨的旋转速度,便可以引导直升机转向。而俄罗斯卡莫夫设计局的共轴双旋翼,通过两个反转的共轴旋翼来抵消互相的偏转力矩,因此不需要尾桨。


大国鉴


直升机从悬停到前进飞行时,它的主旋翼会倾向前方,这会让直升机体保持前倾姿态。当直升机悬停地面1~1.5米左右时,机头朝向起飞方向,这时将操纵杆向前推,增加前进速度。为了避免直升机下降,还需拉起总距操纵杆保持主旋翼升力。速度增加后会带来平移升力,当直升机达到一定速度时也能保持平衡,这时就能正常往前飞行了。

直升机在向前飞时更像固定翼飞机

当直升机向前飞行时机头会向下倾斜,这会失去高度但会增加速度。直升机的前进和后退都是将主旋翼的升力倾向进行改变来实现的,也就是机体会向操纵杆所倾斜方向移动,倾斜的角度越大,速度改变也就越大。当操纵杆保持在中央时,直升机就会处于悬停状态,这时只需稍加倾斜,升力就会向倾斜方向移动,机体位置也随之变化。

移动操纵杆,直升机就能从悬停开始向前飞行

要想直升机从悬停向前飞,只需要将操纵杆向前推,机体也会向前移动。这是要想向右移动,就右倾。向左移动就左倾。向后移动就往后拉。但是在操作时务必谨小慎微,剧烈的操纵往往回来带来无可挽回的灾难。

直升机悬停是难度非常高的动作

我们知道直升机相比固定翼飞机最大的优势就是悬停。虽然悬停是直升机最基本的动作,但是娴熟的掌握却非常困难,看看有多少事故发生在起飞和降落阶段就知道了。飞行员首先要得知风的方向,然后用身体去感受操纵杆和脚蹬的反应。悬停最容易在无风情况下操作的,但是风无时不刻都产生变化,这就需要飞行员进行不断的微调。


航空之家


直升机是通过巧妙设计的旋翼变距机构来实现向前后左右各方向飞行的。


20世纪20年代,一位在西班牙和法国工作的阿根廷人劳尔·帕泰拉斯·佩斯卡拉侯爵发明了几架共轴双旋翼直升机,留空时间飞行时有了很大进步,并可以进行受控飞行,但操纵很吃力。佩斯卡拉的直升机可以说是当时最先进的设计,他解决了直升机设计的几个关键问题。

旋翼周期变距

首先是现在称为“周期变距控制”的技术,就是现代直升机用来控制飞行方向的关键技术。佩斯卡拉直升机的旋翼上安装有一组用于改变叶片桨距的连杆,在连杆围绕直升机旋转时可以改变旋翼叶片的迎角。例如在叶片前行时加大迎角提高升力,在叶片后退时降低迎角减小升力,直升机就能够向前飞行。

佩斯卡拉直升机

佩斯卡拉的第二项创新是自旋概念。由于直升机没有机翼,在发动机失去动力后就会想砖头一样坠落。佩斯卡拉设想了在直升机下坠时让旋翼自由旋转,在接近地面时突然提高旋翼的桨距,以此来减缓冲击。因此佩斯卡拉直升机上有个总距操纵杆,能调整所有叶片的桨距。

VS-300直升机模型

最终,佩斯卡拉的周期变距和总距概念在西科斯基的VS-300直升机上被发扬光大。1939年首飞的这种伊戈尔·西科斯基的直升机具有一副三叶主旋翼和一副用于抵消扭矩的小型侧置尾桨,使用周期变距杆来调整叶片的周期变距,控制直升机向个方向飞行,此外还有一个总距操纵杆来调整所有叶片的桨距,使直升机可以垂直升降。VS-300奠定了现代单旋翼直升机的基本结构和操纵原理。

飞行员通过操纵周期变距杆(也称驾驶杆),使旋翼头上的斜盘向相应的方向倾斜。由于旋转环同桨叶的变距摇臂之间有固定长度的拉杆相连,所以斜盘的倾斜会导致桨叶的桨距发生周期变化,使得旋翼空气动力不对称,桨叶的旋转平面将向所需方向倾斜,旋翼的拉力矢量方向因此发生改变,这样就达到操纵直升机飞行方向的目的。

飞行操作总距杆时使斜盘上下升降,则会带动旋翼的总距变化,使旋翼升力出现变化,直升机做上下升降动作。


新防务观察


从飞行原理上来说,直升机是一种与飞机完全不同的飞行器。直升机由于在旋翼转动时会产生升力,因此可以在空气中垂直上升或下降。但在直升机垂直于地表的情况下,旋翼并不能提供向前飞行所需的拉力或推力。而若对直升机稍有观察,便不难发现直升机在向前飞行时机头下冲、而向后飞行时机头上扬,这正是直升机能够向前或向后飞行的原因所在。在机头下冲时,直升机的旋翼由于倾角而导致其旋转时产生的力不再垂直于地面、与重力方向完全相反,而是形成一个由向上的升力和向前的拉力组成的合力,其中向前的力即成为牵引直升机向前飞行的力,向后飞时反之。

不过,也并非所有的直升机在平飞时都遵循这一规律。有一些直升机,自身就具有平飞所必须的涡桨或涡喷/涡扇发动机。这些直升机在垂直升降时与传统直升机工作方式无异,而在平飞时一方面靠传统直升机的旋翼提供向前的拉力,另一方面与飞机类似靠拉力/推力提供向前飞行的动力。这种构型一般用于突出飞行速度的直升机,由于事实上已经兼具直升机和飞机的特点,因此也被称为复合型直升机。近些年来,随着航空技术的发展,复合型直升机在速度方面的优势越来越突出,很多国家都开始进行复合型直升机的研制。如欧洲直升机公司的X3型符合直升机,该机沿用了“海豚”直升机的机身设计,但具有短翼和提供拉力的涡桨发动机,因此速度能达到400千米/时以上,比“海豚”提升了近三分之一,可见复合型直升机相比于传统直升机的优势是显著的。


军机图


直升机标准姿势是向前倾斜,这就是直升机能向前飞行的原因但是


直升机的飞行原理还是上下翼面压力差,只不过直升机要比螺旋桨飞机的受力复杂的多(直升机的故障率特别高!)

直升机飞行时,旋翼高速旋转,,空气流过桨叶上表面,流速加快,压力减小;

空气流过桨叶下表面时,流速变慢,压力增大。

桨叶上下表面就形成了压力差,桨叶上产生一个向上的拉力。

拉力大小受到很多方面影响,比如桨叶与气流向遇时的角度、空气密度、机翼的大小和形状,还有和气流的相对速度等。各桨叶拉力之和就是旋翼的拉力。

但是这样的话直升机也就只能直升了,那么直升机要做怎么向前飞行呢?

答案很简单,直升机飞行的时候会低头,让旋翼倾斜,从而让旋翼产生的拉力抵消吊重力之后,还会有一个向后倾斜的力,在这个时候多余的力会推动直升机向前飞行。

至于直升机如何左右转向呢?这个时候就要依靠直升机后面的尾桨了。

这里需要提一下,由于螺旋桨是朝着一个方向转的所以会产生一个很大的偏转力矩,,设计师们不得不在直升机的尾巴上加一个尾桨,用来抵消偏转力矩,到这里就很容易明白了,可以通过调整尾桨的转速来增大或减小偏转力矩,从而实现直升机的转向。当然了这只是简单的讲解,至于详细的么,就比较繁琐了所以在这里不做解答。

转弯还有个更省事的办法,加个尾翼呗,


ka28的尾翼很大,所以很轻松的解决了转向问题,但是这有个要求,不能安尾桨,不然的话鬼知道怎么转弯.....,尾桨的风被挡了,顺带着垂直尾翼的效果么emmm没了


啸鹰评


1939年9月14日,美国工程师西科斯基研制的VS-300直升机试飞成功,这是现代直升机的开山鼻祖。直升机具备几乎任意地形下起降的条件,空中悬停、快速升降等特性比固定翼飞机优势明显,所以在抗震救灾、巡逻补给等关键时刻发挥了不可替代的作用。

直升机按螺旋桨划类大体上分为单旋翼式、双旋翼式。不管何种飞机垂直往上的上升拉力不难解释:依靠驱动螺旋桨旋翼的高速旋转产生巨大托举力。而水平移动比垂直移动相对复杂,是直升机的主螺旋桨翼轴线向前面大幅倾斜,这时向上的托举力就被分成了向前的拉力和向上的托举力。说白了螺旋桨的旋翼和固定翼飞机的机翼原理一样,机翼上面有弧度下面较平滑,当螺旋桨高度旋转切割空气时,造成机翼上下的空气流速不一致,从而产生了巨大的气压差值。相对于主螺旋桨不倾斜外,不一样的地方只是一个斜着切割空气一个水平切割空气。这就是为什么我们在影视剧中看到直升机向前飞行时会向前压着机身,斜着飞出去的原因。但螺旋桨在高速旋转下往往会产生一个和旋转方向相反的反扭力,为平衡该力使机身平稳不摇晃, 直升机还有增加了一个尾翼,利用其产生的拉推力对抗消除旋翼旋转时机体的旋转。

螺旋桨的旋翼巨大,看上去像一个大号的风扇,但主旋翼绝不是像风扇叶一样固定一体的,每个旋翼都是独立的单位可以轻松调节角度,里面有一套机械检测控制系统,根据力学原理可以随意增大或缩小切旋翼的倾斜角度。要前进的话机身前倾就要产生夹角,让机尾和机头不在一个水平面,而且前者的升力要大于后者的升力。螺旋桨是直升机前后左右上下运动的主要元件,但稍微改变的旋翼角度也是其运动的核心所在。【作者:小成】


环球快资讯


直升机的螺旋桨并不是只有一根柱子作为支撑的,而是旁边还有3根或者4、5根小柱子在螺旋桨的最上面那附近的。

他们起的作用就是依靠飞行员的电传控制,联合螺旋桨的大柱子,使得直升机能稳定地按照飞行员的要求进行螺旋桨的前倾、后仰等动作的。

如果这点明白了的话,下面就很容易明白了。

因为螺旋桨旋转的时候产生了一股推力,当螺旋桨稍微前倾的时候,推力也就不是竖直向下,而是向斜后下方了。由于直升机在运动中只有这一个力在作用,所以为了保持平衡,直升机就要稍微前倾一点。

然后因为直升机的前倾,而螺旋桨和直升机的前倾角度相对固定,所以直升机就会一直前倾,直到达到飞行中的平衡位置为止。


飞行堡垒


基本形态的直升机(一个主旋翼加尾旋翼)表面上看有几个基本动作,向前进(前倾),向后退(后倾),侧飞(侧倾),原地旋转。其中前三个动作主要由主旋翼完成,原地旋转由尾旋翼配合完成。主要描述前三个动作。为什么主旋翼可以完成那么复杂的动作呢,我们做个假设,假设转速不变旋翼面积固定的情况下,产生升力大小是由旋翼的切割空气的仰角决定的,角度越大升力越大。附主旋翼中轴结构图一张。



主旋翼并非像风扇叶一样固定一体的,而是每个旋翼单独可调节角度的,主旋翼中轴有一套非常复杂的机械控制系统,可以在旋转的情况下调节主旋翼的切割角度,还可以控制主旋翼转动到某一方向时的切割角度。例如现在要前进(前倾),那就是机尾的升力要大于机头的升力,从而让机身产生一定倾角产生升力及向前的推力,这时候旋翼的状态就是,旋转到机头的旋翼角度是10°(假设角度),旋转到机尾时为30

°(假设角度)

,固定往复便可产生升力及推力。前进后退侧飞都是依据这个原理进行动作。


jay103438


直升机基本飞行原理其实和飞机一样,都是通过伯努利原理实现的,我们仔细看一看直升机的桨叶,就会发现和飞机机翼剖面形状一样,上面是弧形的,下面是平直的,桨叶高速旋转之后,上表面气流流场小,小表面流场大,就使得下表面压力大于上表面,从而产生一个向上的升力,控制桨叶的转动速度,使升力等于直升机的重力,就处于悬停状态,反之就会上升或者下降。

那么,直升机前飞又是什么样的呢?跟飞机就有所不同的,飞机是靠发动机喷出高速气流产生的反冲力前进的,而直升机的前进还得依靠桨叶产生的力。诀窍就在于倾斜,我们不妨看看直升机前飞时照片,就会发现它是倾斜的。直升机桨毂和桨叶之间是可以活动的,直升机桨叶向前侧偏,和水平面之间呈现一定的角度,称为攻角。根据简单的力学分析,如图所示,我们得知,桨叶旋转是产生的升力不再是垂直于水平面,我们可以把这个力在水平和竖直两个方向进行分解,竖直方面升力如果等于重力,就只剩下一个水平向前的力,这就是直升机前飞的动力。如果攻角大于某一固定值,竖直方面升力如果大于重力,直升机就会向前爬升,反之就会向前下降。如果我们将桨叶方向偏转,直升机就会在水平方向产生一个向后的力,就会向后飞行。当然,这只是最简单的分析,实际上还牵涉到平衡力距的问题,这个过程是非常复杂的。


兵工科技


直升机除了上升下降,其他方向的运动都离不开一个基本原理。那就是陀螺效应。直升机左右前后移动都是因十字盘改变某方向上桨叶的螺距,进而产生某方向上升力的变化,然后将这种变化后产生的力滞后45度。

打个比方,假设直升机的螺旋桨是顺时针旋转的,那么直升机向前飞的时候,就应该是左侧的螺距变小,低于右侧,然后左侧的升力自然低于右侧,如果不是陀螺效应的话,直升机就应该朝左平移,但是事实是滞后了45度,朝前飞了


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