直升機升限是多少?能否像固定翼飛機那樣,飛到20000米高空?

2020-12-16 裝備資料庫

網友:直升機升限是多少?能否像固定翼飛機那樣,飛到20000米高空?

不能,直升機旋翼效率在超過5000米後就直線下降。

不要說直升機,即使是螺旋槳飛機,也飛不到2萬米高度,飛到1.2~1.3萬米高度已經是頂天了。目前固定翼螺旋槳飛機升限是俄羅斯的圖-95戰略轟炸機,最高1.5萬米,但他是切換成特殊的渦噴模式,螺旋槳本身不產生動力完全順槳,渦槳發動機實際上是當作渦噴來用。而沒有渦噴模式的圖-95的海上巡邏機型號圖-142,升限也只有10200米。

直-18高原型飛越喜馬拉雅山

這是因為其物理特性決定的,螺旋槳和旋翼是通過驅使空氣流動從而產生的動力,因而其跟所處空氣密度有很大關係。簡單的類比就是,船上的螺旋槳放在水中,可以驅使數十萬噸巨輪前進,而如果離開水面放在空氣中,還能推進絲毫嗎?其根本原因就是水與空氣的密度差,產生的流體驅動力差異。而空氣密度是隨海拔高度增加而急劇降低,海平面高度空氣密度可以達到1.2公斤/立方米,而1萬米高空空氣密度只有0.4公斤/立方米,到了2萬米高度更是只有0.1公斤/立方米水平。

造型奇特的CH-53K「種馬王」直升機的彎刀型槳尖,這種奇特的造型可以推遲翼尖氣流的馬赫值,直升機翼尖相對速度達到1.2馬赫時氣流才會超過音速產生音障和激波,從而可以提高升力。

直升機旋翼所產生的升力水平計算公式是,升力係數×空氣密度×旋翼直徑的四次方×旋翼轉速的二次方。既然空氣密度大幅度下降情況下,必然要在旋翼直徑、旋翼轉速上下功夫,但遺憾的是目前這兩個領域有個上限限制,那就是旋翼翼尖空氣流速不能超過音速。否則就會產生音障和激波,輕則阻力大增效率下降,重則打碎槳尖導致機毀人亡,增加旋翼直徑和轉速,必然會增加翼尖速度。這就是為什麼目前直升機和螺旋槳飛機,升限無法再提高的原因所在,已經碰到物理領域的天花板。

創造直升機飛行高度紀錄的SA315B美洲駝

目前直升機領域升限記錄是1972年法國SA315B"美洲駝"在平原地區創造的12442米記錄,而我國直-18高原型直升機在2015年在青藏高原試飛時,實現過9000米的最高飛行高度紀錄。在這個高度下直升機的升力水平已經非常勉強,操控性能和安全性也難以有效保障,更不要說裝載貨物人員了。

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