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如果在野外自救,發現一架直升機,當時只有你一個人,恰好飛機上只需要一個駕駛員,你會駕駛嗎?直升飛機飛行員為什麼要用腳蹬來控制轉向。
直升機的操縱系統可分為三大部分:
踏板在直升機駕駛席的下方通常設有兩塊踏板,駕駛員可以通過它們對尾螺旋槳的輸出功率和槳葉的傾角進行調節,這兩項調整能夠對機頭的水平方向產生影響。
周期變距杆位於駕駛席的中前方,該手柄的控制對象為主螺旋槳下方自動傾斜器的不動環。不動環可對主螺旋槳的旋轉傾角進行調整,決定機身的飛行方向。
總距杆位於駕駛席的左側,該手柄的控制對象為主螺旋槳下方自動傾斜器的動環。動環通過對主螺旋槳的槳葉傾角進行調節來對調整動力的大小。另外,貝爾公司生產的系列直升機在總距杆上還集成有主發動機功率控制器,該控制器可根據主螺旋槳槳葉的旋轉傾角自動對主發動機的輸出功率進行調整。
飛行操作 :
升降有些讀者可能會認為,直升機在垂直方向上的升降是通過改變主螺旋槳的轉速來實現的。誠然,改變主螺旋槳的轉速也不失為實現機體升降的方法之一,但直升機設計師們很早之前便發現,提升主螺旋槳輸出功率會導致機身整體負荷加大。所以,目前流行的方法是在保持主螺旋槳轉速一定的情況下依靠改變主螺旋槳槳葉的傾角來調整機身升力的大小。駕駛員可通過總距杆完成這項操作。當把總距杆向上提時,主螺旋槳的槳葉傾角增大,直升機上升;反之,直升機下降。需要保持當前高度時,一般將總距杆置於中間位置。
平移直升機最大飛行優勢之一是:可以在不改變機首方向的情況下,隨時向各個方向平移。這種移動是通過改變主螺旋槳的旋轉傾角來實現的。當駕駛員向各個方向扳動周期變距杆時,主螺旋槳的主軸也會發生相應的傾斜。此時,主螺旋槳所產生的推力分解為垂直和水平兩個方向的分力,垂直方向的分力依舊用於保持飛行高度,水平方向上的分力可使機身在該方向上產生平移。
需要指出的是,以上分析是將主螺旋槳看作一個整體而得出的。如果我們把目光投向每一片槳葉的受力情況,將呈現出更為複雜的情況。直升機螺旋槳的橫截面與普通飛機機翼的橫截面類似,均為頭粗尾尖的紡錘型或半紡錘型。當槳葉划過空氣時的切入角度發生變化時,槳葉所產生的升力也會隨之改變。而在直升機主螺旋槳的旋轉面偏離水平面的情況下,單片槳葉划過空氣的切入角度將隨著螺旋槳的轉動而發生周期性的變化。同理,該片槳葉所產生的升力也會表現為周期性的改變。這也是駕駛艙中控制主螺旋槳主軸角度的操縱杆被稱為周期變距杆的由來。以四槳葉結構的螺旋槳為例,當其旋轉面發生傾斜時,相對的兩片槳葉所產生的升力差同樣會對機身的飛行姿態和移動方向造成影響。事實上,設計師正是利用了這種升力差,才能夠使直升機在空中靈活自如地飛行
旋轉那麼直升機又是如何在水平面上進行旋轉的呢?這個功能是通過直升機的尾螺旋槳來完成的。對於只裝有一具主螺旋槳的直升機來說,如果把機身和主螺旋槳看作一對施力和受力物體的話,主螺旋槳旋轉所產生的反作用力必然會使機身向相反的方向轉動。要保持機身的穩定,就必須增加一個額外的力矩來抵消這種旋轉,這也是設計師在直升機尾部安裝尾螺旋槳的原因。當直升機處於直線飛行時,尾槳的推力力矩與主槳的反作用力矩剛好構成一對平衡力矩,而只需改變尾槳的輸出功率機身就可以在水平面上進行旋轉。大多數直升機都是通過駕駛席前方的一對腳踏板來調整機頭方向。有了上面的分析,我們就不難理解這對踏板實際控制的是尾槳的功率。
通過上面的介紹,相信讀者已經對直升機的駕駛和飛行原理有了初步的了解。事實上,直升機的每一個動作都是上述三個基本控制系統共同作用的結果。以起飛為例,直升機在起飛時通常是先啟動主螺旋槳,使飛機垂直升至1~1.5米的高度,然後駕駛員會一方面加大主螺旋槳的槳葉傾角來加快爬升,另一方面還會讓主螺旋槳向前傾斜以提升飛行速度。隨著主螺槳旋功率的增加,駕駛員還需不斷調整尾螺旋槳的功率使機身保持直線飛行。可以說直升機在飛行中的每時每刻都貫穿著數個力的平衡與失衡,所以直升機的作業系統看似簡單,要想真正掌握卻絕非易事。
直升飛機為什麼飛不快當直升機向前飛行時,有一定的相對速度與空氣。當這個速度多了疊加到,直升機旋翼旋轉速度上,向前揮的槳葉變快,而向後揮的槳葉就會變慢。當直升機水平前飛速度到達一定值時,相對空氣的速度過高,後行槳葉相對空氣的速度過低,槳葉表面的氣流會發生分離,導致槳葉失速,升力劇減。前行槳葉會因局部超聲速而產生激波,氣動阻力會大增。
這兩種均會造成直升機飛行狀態的不穩定,直升機的前飛速度受到影響,受到一定的限制。理論上,直升機的極限前飛速度是槳尖的線速度,只有槳尖線速度超過前飛速度才能產生託起直升機的升力。直升機極限速度理論上傳統布局只有420千米/時。實際情況下,前面所述原因的限制直升機極限前飛速度並不很嚴重。只要通過適當改進旋翼的設計,能提高前飛速度。
例如,翼尖採用複雜的後掠角設計英國「山貓」直升機旋翼,槳葉的厚度也從翼根到翼尖逐漸變薄。可以有效延遲前行槳葉激波的產生,這樣的設計,與薄翼型和大後掠角的超聲速固定翼飛機機翼類似。
多用途山貓直升機
直升飛機飛行時為什麼不收起落架在飛行的過程中固定翼飛機的起落架往往是收起的,但直升機的起落架都固定在機身下,想收起來,根本就不可能。直升機的起落架為什麼不採用收放式的呢?這是因為飛行速度比較低的直升機,外露的起落架產生的不會產生太大的氣動阻力。這樣,大多數的直升機都採用了簡化起落架結構,減輕重量的固定式起落裝置,既可以節省寶貴的機上空間,降低了維護保養的工作量,同時提高了起落架的可靠性。
另外,直升機的抗墜毀性,也因為固定式起落架降低了風險。當飛機或直升機發生墜機事故撞擊地面時,抗墜毀性,可以最大限度的保證機上設備完好率和人員生存率。由於直升機的飛行高度低,飛行速度慢,採用固定翼飛機的逃生方式很難,抗墜毀性就顯得特別重要。固定式起落架與可收放式起落架相比,在衰減與吸收撞擊能量方面具備相當的優勢。
直升機的飛行速度隨著第二代渦輪軸發動機的問世,得以提高,最大型號的飛行速度超過350千米/時。這麼高的速度飛行時,起落架的阻力就引起了重視。所以,部分先進的直升機如直9、AW-139、EH101、S-76C、卡-50 等採用了可收放式起落架設計。
直升飛機的尾巴上為什麼要裝一個「風扇」當單旋翼直升機飛行時,發動機會帶動旋翼向一個方向高速旋轉。旋翼由於「角動量守恆」的原理,向一個方向的轉動會導致發動機向反方向轉動,直升機機身帶動向相反方向旋轉。
如果把每片旋翼產生的阻力加在一起,會產生一個力矩。所以,當機身逆時針轉時,直升機的主旋翼就在順時針轉時。為了克服這種轉動,保證直升機機身不轉動,通過尾槳的推力產生順時針的力矩來抵消旋翼的反扭力矩,就是在直升機尾部加裝「風扇」尾槳。
就好比兩腳離地坐在可以轉動的轉椅上,當上半身朝一個方向轉動,下半身會帶著椅子向另一個方向轉動。直升機的旋翼不但能產生升力,同時也產生阻力。如果把每片旋翼產生的阻力加在一起,會產生一個力矩。所以,當機身逆時針轉時,直升機的主旋翼就在順時針轉時。
為了克服這種轉動,保證直升機機身不轉動,通過尾槳的推力產生順時針的力矩來抵消旋翼的反扭力矩,就是在直升機尾部加裝「風扇」尾槳。另一類方法以抵消單旋翼的反扭力矩,是在直升機上安裝兩套大小相等、旋轉方向相反的旋翼。直升機有不同的布局形式,根據兩套旋翼在直升機上安裝位置的不同。
典型的構型有:共軸雙旋翼,如俄羅斯的直升機卡-50、卡-31等,就兩套旋翼同軸上下層布置;串列雙旋翼,如美國的CH-47「支努幹」直升機,即兩套旋翼前後布置;並列雙旋翼,如俄羅斯的米-12直升機即兩套旋翼左右布置;交叉雙旋翼,如美國的只-43直升機,即兩套旋翼交叉布置。
有的直升機,靠發動機噴氣直接推動旋翼轉動,把發動機裝在旋翼的末端,或者往外吹壓縮空氣,在翼尖上裝一個噴嘴。這樣,旋翼與機身間沒有水平面上方向相反的扭矩,只有上下方向的提拉作用,不需要尾槳也能穩定地飛行。
與眾不同的ch-47支努幹直升機
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