第一個采用無鉸槳葉的 Bo-105 / Bo-105 的無鉸槳葉,用彈性元件代替了揮舞鉸和擺振鉸,但變距鉸依然保留
EC-135 更進(jìn)一步,甚至取消了使槳葉改變槳距的變距鉸,也用彈性元件代替了 / EC-135 的先進(jìn)技術(shù)槳葉(Advanced Technology Rotor,簡稱ATR,屬hingeless bearingless),采用彈性元件代替所有機(jī)械鉸鏈,避免機(jī)械磨損,減輕重量,改善飛行平穩(wěn)性
單槳直升機(jī)的起飛重量終歸有限,要增大起飛重量,就要增加旋翼直徑,增加旋翼轉(zhuǎn)速,增加槳葉數(shù)目,加強(qiáng)傳動軸,這些都增加了旋翼系統(tǒng)的機(jī)械復(fù)雜性和重量。旋翼直徑和轉(zhuǎn)速受到翼尖速度不能超過音速的限制,否則音障帶來的阻力和振動將不可忍受,更大的旋翼直徑也迫使尾撐長度增加,增加結(jié)構(gòu)重量。較大的旋翼也對狹小場地的起落造成不便。大幅度提高起飛重量最有效的途徑,還是采用兩個甚至更多的旋翼,分擔(dān)負(fù)擔(dān)。除了一些設(shè)想中的四旋翼方案,三旋翼沒有見到過,還是雙旋翼最常見。既然采用兩個旋翼,如果旋轉(zhuǎn)方向相反,一個順時針旋轉(zhuǎn),一個逆時針旋轉(zhuǎn),就自然抵消相互的反扭力。反轉(zhuǎn)的雙旋翼不需要特別考慮尾槳和尾撐的結(jié)構(gòu),也沒有尾槳吃掉對推進(jìn)和升力沒有作用的功率的問題,可以把所有功率都用于升力和推進(jìn),這是雙旋翼額外的優(yōu)點。雙旋翼(也稱雙槳)有多種方案,可以前后串列,可以左右并列,可以上下共軸,還可以上下不共軸。串列雙槳的典型有美國的 CH-46、CH-47;并列雙槳的典型有俄羅斯的米-12,直升機(jī)狀態(tài)的美國
V-22
也可以算作并列雙槳;共軸雙槳(co-axial 或 contra-rotating)的典型當(dāng)然非俄羅斯的 K-25、K-31 等卡莫夫直升機(jī)莫屬;異軸雙槳(更準(zhǔn)確地說,是交替雙槳,也稱交叉雙槳,intermeshing)的只有美國卡曼的 H-34 Husky 和 K-Max 等少數(shù)例子。
串列和并列雙槳布局示意圖
串列雙槳的 CH-47 / 并列雙槳的米-12
共軸雙槳示意圖 / 共軸雙槳的卡-31
交替雙槳示意圖 / 交替雙槳的 K-Max
串列雙槳對于最大限度地利用機(jī)身長度有利,CH-46、CH-47 機(jī)艙長但并不累贅,總長并不為此增加多少,而單槳的米-6 就“橫闊豎大”了。串列雙槳中離發(fā)動機(jī)較遠(yuǎn)的那副旋翼(一般是前旋翼)的功率要求比驅(qū)動尾槳高得多,為了保證前后旋翼的同步,串列雙槳需要長長的沉重的同步傳動軸,而不能簡單地由前發(fā)動機(jī)驅(qū)動前旋翼,后發(fā)動機(jī)驅(qū)動后旋翼。串列雙槳的前后旋翼一般上下錯開一點,這樣可以容許前后旋翼之間在高度上有一定的重合,縮短全機(jī)長度。上下的高度差太少了,不能保證安全,尤其是大幅度機(jī)動動作時,上下槳葉可能發(fā)生碰撞。高度差太大了,支撐后旋翼的“柱子”太過高大,阻力巨大。
并列雙槳通常是安裝在機(jī)翼翼尖的,翼展由旋翼半徑?jīng)Q定,沒有辦法靠上下重合而縮短翼展,在氣動上難于優(yōu)化。左右旋翼之間要設(shè)交叉的同步軸,以保證左右兩副旋翼永遠(yuǎn)同步。還有一個問題是,左右旋翼都在機(jī)身中段附近,僅靠周期距,俯仰控制力矩不足。但這都不是最大的問題,最大的問題是橫滾穩(wěn)定性,兩側(cè)旋翼升力不均勻時,飛機(jī)會發(fā)生橫滾,如果在急速下降過程中,飛機(jī)不幸進(jìn)入自己的下洗氣流,旋翼效率急劇降低,旋翼越用力,越使不上勁,好像汽車輪子打滑一樣,加劇橫滾的不穩(wěn)定傾向,飛機(jī)在幾秒鐘內(nèi)就可以傾覆失控,V-22 的幾次墜毀就是這樣造成的。強(qiáng)烈的不對稱氣流擾動也可以造成這個現(xiàn)象。發(fā)動機(jī)安裝在機(jī)身還好說,要是發(fā)動機(jī)安裝的機(jī)翼翼尖,離重心很遠(yuǎn),進(jìn)一步加強(qiáng)了橫滾不穩(wěn)定的傾向。
共軸雙槳用套筒軸驅(qū)動上下兩副反轉(zhuǎn)的旋翼,同樣有串列雙槳的上下旋翼之間的間距問題,間距小了,上下旋翼有可能打架;間距大了,不光阻力高,對驅(qū)動軸的剛度要求也高,而大功率的套筒軸本來在機(jī)械上就難度很大。套筒軸不光要傳遞功率,還要傳遞上面旋翼的總距、周期距控制,在機(jī)械設(shè)計上有相當(dāng)?shù)碾y度。由于非對稱升力的緣故,反向旋轉(zhuǎn)的上下旋翼的旋轉(zhuǎn)平面有在一側(cè)“交會”的傾向,這進(jìn)一步增加了對上下旋翼之間間距的要求,并且?guī)硐蚪粫粋?cè)轉(zhuǎn)彎必須比向另一側(cè)轉(zhuǎn)彎輕緩的要求。上旋翼處在“干凈”空氣中,下旋翼處在上旋翼的下洗氣流中,這樣,上下旋翼之間有相當(dāng)?shù)臍鈩玉詈,增加了氣動設(shè)計的難度。由于共軸雙槳沒有尾槳,短短的尾撐用于支持垂直安定面,后者在前飛中提供像固定翼飛機(jī)一樣的氣動控制,減小周期距控制的負(fù)擔(dān)。由于共軸雙槳的機(jī)身短,受側(cè)風(fēng)影響較小。共軸雙槳的振動也由于兩副反轉(zhuǎn)的旋翼而較好地對消了,平穩(wěn)性和懸停性好。共軸雙槳在同等升力下,旋翼直徑可以較小,直升機(jī)總尺寸較緊湊,“占地面積”較小,特別適合海軍上艦的需要。
|
直升機(jī)翻譯 m.ajkitchenandbath.com
本文鏈接地址:
直升機(jī)原理詳解