直升機旋翼的結(jié)構(gòu)特點

哈哈笑鐵592 2016-08-25

展開全文

直升機旋翼的結(jié)構(gòu)特點

(2013-12-14 20:21:44)

傳統(tǒng)旋翼
    傳統(tǒng)直升機旋翼其槳葉通過水平鉸、垂直鉸和軸向鉸（也稱變距鉸）與槳轂柔性連接組成。直升機在做懸停，垂直起降時，槳葉表面任意一點的相對氣流速度就是這點的周向速度，并且在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)左右兩邊槳葉對稱點的相對氣流速度是相同的。但直升機在前飛時，槳葉表面任意一點在旋轉(zhuǎn)一周中，其相對氣流速度的大小和方向都是不一樣的。在旋轉(zhuǎn)方向和氣流方向相反的半周，相對氣流速度等于周向速度與飛行速度的矢量和，此時的槳葉稱為前行槳葉；當(dāng)槳葉旋轉(zhuǎn)到旋轉(zhuǎn)方向和氣流方向相同的半周，相對氣流速度等于周向速度與飛行速度的矢量差，此時的槳葉稱為后行槳葉。
    直升機要開始前飛，就前推駕駛桿，自動傾斜器向前傾斜，旋翼也就向前傾斜，旋翼產(chǎn)生的升力有了一個水平方向的分量，就可以前飛了。要想增加直升機飛行速度，就必須增加旋翼的旋轉(zhuǎn)速度，以增加更多的水平拉力。但是，隨著旋翼的旋轉(zhuǎn)速度不斷增大，前行槳葉的槳尖速度接近甚至超過音速時，該槳尖處的空氣被壓縮，堆積在槳葉前面，人們稱之為激波，這種激波會產(chǎn)生極大的阻力，這就是所謂激波失速。
    同樣，在后行槳葉的槳根部分還會出現(xiàn)氣流從槳葉的后緣向前緣的反流區(qū)。由于后行槳葉氣流相對速度減小，為保持升力與前行槳葉相同，就必須增加后行槳葉偏轉(zhuǎn)角度（槳距），但是與固定翼飛機的機翼仰角一樣，槳距過大，氣流就會從槳葉前緣開始分離，在槳葉后緣形成一個很大的渦流區(qū)，產(chǎn)生很大的阻力，導(dǎo)致槳葉升力突然巨幅下降，這稱之為氣流分離失速。因此，旋翼的前行槳葉的激波失速和后行槳葉的氣流分離失速，就是直升機平飛速度落后于固定翼飛機主要癥結(jié)。

剛性旋翼
   所謂共軸直升機剛性旋翼，就是采用兩副尺寸完全相同，但旋轉(zhuǎn)方向相反的共軸式剛性旋翼，它取消了普通旋翼中槳葉用來柔性連接槳轂的水平鉸、垂直鉸，只保留變距鉸。
   在飛行過程中，共軸式剛性旋翼只負責(zé)產(chǎn)生升力無須產(chǎn)生前飛拉力，前飛拉力由輔助推進裝置產(chǎn)生（X2和卡-92都是尾部螺旋槳），因而也無須復(fù)雜的自動傾斜器。當(dāng)直升機前飛速度不斷增大時，后行槳葉進行卸載，升力逐漸轉(zhuǎn)移到前行槳葉上，使前行槳葉處于高動壓流場中，能很好地發(fā)揮作用。后行槳葉卸載后，槳距不用很大，故不易產(chǎn)生氣流分離失速。
   另外，前行槳葉和后行槳葉升力不對稱的翻轉(zhuǎn)力矩，正好由上下兩副旋轉(zhuǎn)方向相反的旋翼相互抵消，保持升力平衡。這樣旋翼的氣動效率大大提高。由于剛性槳葉沒有揮舞，上下旋翼可以離得很近，而沒有碰撞的危險。差動式地加減上下旋翼的槳距以形成扭力差不僅形成水平方向上的轉(zhuǎn)向，還由于剛性旋翼非對稱升力造成橫滾，進一步加速轉(zhuǎn)彎過程，所以采用的ABC剛性旋翼的直升機具有異乎尋常的機動性，大大超過常規(guī)直升機。這里要指出的是，俄羅斯卡莫夫設(shè)計局雖然是以研制共軸式雙旋翼直升機而著名，但其產(chǎn)品都還是屬于普通旋翼，其效率不是很高，并且出現(xiàn)了在高機動動作時，上下旋翼相撞而機毀人亡的事故。俄羅斯的卡莫夫也推出采用類似ABC剛性旋翼的卡-92，目前尚無法得知西科斯基是否會向卡莫夫收取版權(quán)費。
    還要提到的是，西科斯基的X2采用了為RAH-66"科曼奇"直升機項目研制的復(fù)合材料旋翼系統(tǒng)和先進傳動設(shè)計，以及原來Cypher無人機項目的電傳操縱技術(shù)。目前還不清楚卡莫夫的卡-92是否采用復(fù)合材料旋翼和電傳操縱技術(shù)。但是和X2一樣，卡-92也還必須解決減速器和離合器的設(shè)計難點。因為在平飛時，發(fā)動機的部分動力將通過減速器減速后用離合器接通尾傳動軸傳遞給尾部的螺旋槳，在進行懸停和垂直飛行時，離合器就要斷開尾傳動軸使尾部的螺旋槳失去動力從而停止轉(zhuǎn)動。而尾部螺旋槳所需的減速比與旋翼所需的減速比是不一樣的。并且在這個過程中，功率損失要盡可能的少，離合器損耗要盡可能的低。美國在Cypher II“龍武士”的試驗飛行中，就出現(xiàn)了離合器損耗過高的問題。