来自 科技 2020-04-09 17:46 的文章

“直升机”的孪生兄弟?看好了,它是旋翼机!

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旋翼机是一种利用前飞时的相对气流吹动旋翼自转以产生升力的旋翼航空器。它的前进力由发动机带动螺旋桨直接提供。是一种介于直升机和飞机之间的飞行器,装有旋翼和固定翼面。

具有起降距离短、能作低速低空飞行、简单轻巧、便于隐蔽等特点,但不能垂直起降、不能悬停。可用于空中摄影、武器发射、战地侦察等。

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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。

旋翼靠旋翼机运动时激起气流转动,产生升力,使旋翼机失速时不会下坠,当时,他的这个发明被新闻界称之为“风车航空器”,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。

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大约2000年以后在中国兴起这项运动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

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旋翼机的布局与部件

旋翼机的最基本的部件是机身、发动机、旋翼系统、螺旋桨、尾面以及起落架。为了改善性能,如提高飞行速度等,还可以选择机翼等部件。

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机身是所有其他部件的连接件,结构可以是焊接管、金属片、复合材料、单管栓接或混合结构方式,最大强度重量比的机身是碳纤维材料或焊接管结构。

发动机在飞行中提供独立于旋翼系统的前飞动力,在地面则可以提供旋翼桨叶预转的动力。

随着旋翼机的发展,可用于旋翼机的发动机种类也越来越多。车用、船用、航空发动机都可以用于以娱乐、体育爱好为目的研制的旋翼机,而需要取得适航证的旋翼机必须安装权威管理机构认证的发动机。

发动机可以是活塞式也可以是涡轮式。旋翼系统主要给旋翼机提供升力和操纵,常用的是全铰接式、半刚性跷跷板式。因不需反扭矩装置,现代旋翼机的主要型式是单一的旋翼。

目前旋翼机惯用2片或3片桨叶,广泛应用于直升机的负扭度桨叶对旋翼机来讲,并没有多大优势,所以旋翼机上常用无扭转或正扭转桨叶。

个人自制的小型旋翼机常常使用可以连同桨毂桨叶一起扳动倾转的旋翼系统,也可以使用带总距操纵来改变旋翼桨叶俯仰角的旋翼系统。如果桨叶带总距操纵且具有足够的惯量,旋翼机跳飞就有可能实现。

旋翼机的螺旋桨可以是拉进式也可以是推进式,也就是说,螺旋桨可以安装在机身头部,也可以安装在尾部。

早期的旋翼机是由螺旋桨拉进式固定翼飞机改装而成,用旋翼替代固定翼。机翼或者固定机翼与旋翼复合使用。

推进式布局避免了方向舵和平尾位于螺旋桨滑流中,具有更好的操纵性,飞行员也有更好的视野。

但是在总体设计中应该充分考虑推进式布局中,由于受机身影响,螺旋桨的工作效率有所降低。

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和固定翼飞机一样,旋翼机尾平面包括垂尾和平尾,提供俯仰和偏航轴向的稳定和操纵。

有一些旋翼机,特别是封闭式驾驶舱的旋翼机,航向稳定性很低,为了补偿航向稳定性,安装垂尾是必要的。

由于垂尾面积受旋翼桨叶倾转边界和着陆俯仰角度的限制,所以许多旋翼机设计安装了多片垂直安定面和方向舵。

如果采用推进式螺旋桨布局,处于螺旋桨滑流中的平尾和垂尾利用效率会更高,特别是在旋翼机起飞和着陆飞行速度比较低的时候。

旋翼机飞行的特点

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、机体等的使用寿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,旋翼机还有一个很可贵的特点,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,只要一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。

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。又由于旋翼机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。

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旋翼机的起飞方式

一类是需要滑跑起飞的,这种比较简单,大多数都是这一类。另一类是可垂直起飞的,其起飞方法有三种:

第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,同时使旋翼桨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飞这种垂直起飞的过程,一般都是由自动程序控制来完成的,而且它有较高的性能,但价格有比较便宜。

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。

来源:航空制造网

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