直升機功率

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以下文章來源於公眾號：直升機工場 ，作者侯立銘

功率：在航空範圍內，指的是發動機做功的快慢。發動機單位時間內所做的功叫做這臺發動機的功率。

直升機功率

直升機的功率可分為旋翼構型功率、誘導功率、寄生功率、輔助功率。除上述的輔助功率外，其他三種功率都會與空速的增加而產生變化。

旋翼構型功率

旋翼構型功率僅僅是驅動旋翼轉動所需的功率，是為了克服旋翼轉動產生的阻力所需的功率。

功率=扭矩×轉速

阻力的測量單位是牛頓，如果應用要素理論對沿槳葉的力進行積分，就可以得出槳葉以及旋翼的扭矩。

扭矩的測量單位是牛米，如果我們把RPM轉換成圓弧S-1，即可與扭矩值相乘從而得出旋翼構型功率的曲線圖。

誘導功率

誘導功率是產生升力的同時所需的那部分功率。它是克服因誘導阻力所需的功率。

誘導功率是大量空氣在誘導速度下流經槳盤所需的功率。

如果T是旋翼推力（在直升機懸停時等於重力），同時Vi表示這個力與氣流的相對移動的速度。Pi表示誘導功率。

Pi=T×Vi

寄生功率

寄生功率是機體在空氣中移動時所需要的一部分功率。它是克服寄生阻力所需的功率。

如果寄生阻力=CD½Pv²S,我們知道寄生功率是機身通過空氣阻力時的相對速度。

寄生功率=CD½Pv³S

輔助功率

輔助功率是輔助發電機、空調等電子設備所需的功率。

驅動交流發電機所需的功率同樣是電壓×電流並以瓦為單位。

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將上述功率匯總我們可以得到一張直升機功率需求曲線圖

如何運用功率

懂得功率需求

在一定的飛行條件下，每架直升機的性能表現由所需功率與可用功率之間的關係決定。

所需功率可以理解為機身所需的功率，可用功率可以理解為發動機提供的功率。

換句話說，直升機並不在乎是什麼發動機來驅動，就像發動機同樣不在乎它給什麼提供動力。

當一架5000磅重的直升機保持1英尺高度懸停，與保持巡航高度飛行所需要的功率是一樣的。但是直升機旋翼轉動加速大量空氣氣流從而產生升力，旋翼轉動需要動力（做功的速度）來克服旋轉時的阻力。飛行員在駕駛艙內可以直觀的查看功率值參數。空氣密度、空速和飛行條件的變化會導致功率需求的變化。

一般來說，發動機的最大可用功率可以假定為恆定值。

旋翼構型功率在直升機懸停時佔主旋翼功率的15%-40%。

誘導功率隨著槳葉迎角的增大需求增大，佔主旋翼功率的60%-80%。

寄生功率隨著空速的增大而立方倍的增大。

直升機由懸停至前飛狀態時，由於過渡速度升力，所需的總功率急劇下降。

由此我們可以代入，直升機由懸停至前飛狀態時，由於過渡速度升力，所需的總功率急劇下降。總功率會隨著空速的增加而減小，（以RobinsonR44為例）空速增加到55kts，總功率開始隨空速的增加而增加，故55kts為R44最大爬升率速度。超過這個速度後，旋翼變得更有效率，但風阻開始主導，此時寄生功率和誘導功率作為總功率的主要貢獻者。此後，總功率開始增大，直到達到最大可用功率，這便決定了直升機的最大水平速度。

雖然槳葉和機身在高海拔的稀薄空氣中阻力相比會小，但因此槳葉較低海拔則需要更大的迎角產生升力，所以隨著高度的增大，總功率需求也會增大。

善於運用功率

對於直升機的功率有一個敏銳的了解可以幫助飛行員完善飛行技術，最大化的利用功率和最小化減少維修工作量。包括前飛時的大量氣流功率所需小和懸停時的功率所需大。如果飛行員知道R44左腳蹬或向左移動周期變距杆的行程會影響主旋翼的總功率變化，那麼他就可以提前預知直升機的轉向會『吃』掉一部分的主旋翼總功率，提前掌握直升機的極限，防止超扭矩或功率不足的情況出現。

如何判斷功率

Full Throttle Caution Light 全油門警示燈

在部分Robinson直升機上，配置有全油門警示燈，當警示燈亮起時表示發動機已經到達最大功率，在這種情況下Governor（電子協調器）無法再自動增大油門開度量以保持旋翼轉速，所以警示燈亮起後飛行員需下放一定量的總距杆以防Low RPM（旋翼低轉速）的發生。

Manifold Pressure Gauge（進氣壓力表）

在搭載活塞發動機的直升機中，進氣壓力表能最直觀的告訴飛行員功率的數值變化。

進氣壓力表顯示了發動機進氣管的絕對壓力，是對進氣管道內空氣-燃油混合汽絕對壓力的測量，當直升機未啟動時，表顯示數值應與外界大氣壓力相等，一旦啟動，表顯示數值應絕對小於大氣壓力。

飛行員通過查看銘牌可知當前或即將飛行區域的最大可用功率與最大速度

IGE&OGE(有地效與無地效效應）

IGE是指主旋翼的下洗氣流能夠與堅硬平坦地表產生碰撞，槳盤下方區域的氣壓略微增加，直升機就像『漂浮』在一個『氣墊』上。這意味著此時懸停所需的功率更少，IGE通常在高度為0.5-1.0倍的主槳長度，例如一架直升機旋翼直徑為48英尺，IGE區域大約在距地面24-48英尺的高度上，這個高度會根據直升機類型、地面坡度和地表的性質以及風的變化而改變。

OGE是指與IGE相反的情況，即下洗氣流沒能與堅硬平坦地表產生碰撞。例如一架直升機懸停在150ft的高度比懸停在15ft的高度上需要更多的功率。因此由於發動機功率為恆定的，直升機OGE的上限總是低於IGE。

舉個例子：最大重量=4000ftOGE和6000ftIGE的懸停上限。這意味著滿載的直升機可以在4000ft的海面上懸停，也可以在6000ft高的山頂平面上懸停。

飛行員通過領航作業時提前計算海拔、溫度可對直升機進行最佳的配重狀態。

功率課題研究員：Frank Lombardi 1991年獲得航空航天工程學士學位後開始飛行生涯。2000年以來Frank一直在東海岸警局的航空警隊駕駛直升機。他擁有Tennessee大學航空系統驗證飛行碩士學位。

文章來源於公眾號：直升機工場 ，作者侯立銘

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