如何解決旋翼機的旋翼升力不平衡

直升機 航空 技術 設計 航利航空教育 2019-06-24

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旋翼機其實完全不同於直升機,直升機在前進的時候,迎風槳升力大於順風槳。在直升機靜止時這個差異甚至沒有。但是旋翼機在前進的時候,順風槳有升力(將風力反折,部分成為升力、部分成為旋翼旋轉動力),而迎風槳不但沒有升力而且還嚴重幫倒忙(頂風轉阻力、迎風面的運動使風向上走更加劇了失去升力),於是單純的旋翼機即使能飛起來,也應該是不停的橫滾。直升機左右升力差異是30與50的差異,旋翼機左右升力差異將是30與-30的差異。這到底怎麼解決好呢?

小編諮詢資深旋翼機專家,將解決方案告訴給大家~

旋翼機的旋翼依靠前方來流吹動始終處於自轉狀態,因而一旦發動機空中停車,可以直接依靠旋翼自轉著陸,而直升機旋翼還需要一個轉入自轉的過程,所以旋翼機沒有直升機的低速回避區,安全性更好。

旋翼機由於其旋翼自轉,沒有自發動機至旋翼的減速和傳動裝置,也不需要平衡旋翼反扭矩的尾槳,因而結構大大簡化。

如何解決旋翼機的旋翼升力不平衡

現代自轉旋翼飛行器採用旋翼預轉技術,起飛前通過簡單傳動裝置將旋翼預先驅轉,然後通過離合器切斷傳動鏈路後起飛,使得它可以跳躍式或超短距起飛(起飛距離0~30m);自轉旋翼飛行器降落時,通過操縱旋翼錐體後傾,可實現點式著陸,不需要專用機場。因而近十幾年來,旋翼機再次成為航空領域關注的熱點。

如何解決旋翼機的旋翼升力不平衡

目前使用中的旋翼機大多是小型或輕型的,重量比(空機與總重之比)約0.6。設計任務可以確定總重Gw,也可以確定使用載荷Guse,知道二者之一,便可以求出另一者。為了擁有好的性能,例如停車下降率約為5m/s,一般要求功率載荷q小於4.5kg/hp (59.2N/kw),槳盤載荷p小於12kg/m2 。槳葉片數k可以參考直升機方法確定,目前大多旋翼機採用兩片槳葉,安裝在蹺蹺板式槳轂上。典型兩片槳葉旋翼,取實度σ為0.034~0.040。如果實度取稍大值,則槳葉揮舞增加,性能改善不多,故一般都取偏小值。

螺旋槳直徑根據發動機轉速來確定,大的直徑對爬升率和低速推力很重要,但是如果取得過大,則全機尺寸高,停放不易。螺旋槳一般與發動機輸出軸直接連接,所以螺旋槳轉速rpm就是發動機軸轉速,螺旋槳槳尖速度ωRp和旋翼機前飛速度的合速度一般不超過聲速的90%,目前常用的旋翼機螺旋槳槳尖速度(ωRp)max ≤290m/s。知道發動機轉速後,即可確定螺旋槳槳葉直徑。

旋翼機的最基本的部件是機身、發動機、旋翼系統、螺旋槳、尾面以及起落架。為了改善性能,如提高飛行速度等,還可以選擇機翼等部件。

機身是所有其他部件的連接件,結構可以是焊接管、金屬片、複合材料、單管栓接或混合結構方式,最大強度重量比的機身是碳纖維材料或焊接管結構。

發動機在飛行中提供獨立於旋翼系統的前飛動力,在地面則可以提供旋翼槳葉預轉的動力。隨著旋翼機的發展,可用於旋翼機的發動機種類也越來越多。車用、船用、航空發動機都可以用於以娛樂、體育愛好為目的研製的旋翼機,而需要取得適航證的旋翼機必須安裝權威管理機構認證的發動機。發動機可以是活塞式也可以是渦輪式。

旋翼系統主要給旋翼機提供升力和操縱,常用的是全鉸接式、半剛性蹺蹺板式。因不需反扭矩裝置,現代旋翼機的主要型式是單一的旋翼。目前旋翼機慣用2片或3片槳葉,廣泛應用於直升機的負扭度槳葉對旋翼機來講,並沒有多大優勢,所以旋翼機上常用無扭轉或正扭轉槳葉。個人自制的小型旋翼機常常使用可以連同槳轂槳葉一起扳動傾轉的旋翼系統,也可以使用帶總距操縱來改變旋翼槳葉俯仰角的旋翼系統。如果槳葉帶總距操縱且具有足夠的慣量,旋翼機跳飛就有可能實現。

如何解決旋翼機的旋翼升力不平衡

旋翼機的螺旋槳可以是拉進式也可以是推進式,也就是說,螺旋槳可以安裝在機身頭部,也可以安裝在尾部。

早期的旋翼機是由螺旋槳拉進式固定翼飛機改裝而成,用旋翼替代固定機翼或者固定機翼與旋翼複合使用。推進式佈局避免了方向舵和平尾位於螺旋槳滑流中,具有更好的操縱性,飛行員也有更好的視野。但是在總體設計中應該充分考慮推進式佈局中,由於受機身影響,螺旋槳的工作效率有所降低。和定翼飛機一樣,旋翼機尾平面包括垂尾和平尾,提供俯仰和偏航軸向的穩定和操縱。有一些旋翼機,特別是封閉式駕駛艙的旋翼機,航向穩定性很低,為了補償航向穩定性,安裝垂尾是必要的。由於垂尾面積受旋翼槳葉傾轉邊界和著陸俯仰角度的限制,所以許多旋翼機設計安裝了多片垂直安定面和方向舵。如果採用推進式螺旋槳佈局,處於螺旋槳滑流中的平尾和垂尾利用效率會更高,特別是在旋翼機起飛和著陸飛行速度比較低的時候。

如何解決旋翼機的旋翼升力不平衡

起落架使旋翼機在地面具有機動性。早期的旋翼機一般採用後三點式起落架佈局,現今的旋翼機大都採用前三點式起落架佈局。

旋翼機可以選裝機翼,這樣就可以實現短距離起飛和以飛機速度巡航,例如Cartercopter旋翼機。採用這類佈局,在前飛時,機翼會承擔旋翼機絕大多數載荷,旋翼也就被卸載了。如果此時發生發動機停車,旋翼不具有安全著陸的能量,必須相對旋翼機所處的飛行狀態採取相應的措施,設法讓旋翼儘快進入自轉狀態。

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