直升飞机气流启动发动机带动旋翼旋转后由于旋翼桨叶与空气的相对运动,就会产生向上的气动力如果旋翼不向任何方向倾斜,气动力是垂直向上的实际上它就是託起直升机的升力。因为是向上的所以不用滑行,也就不用跑道了
如果旋翼向前倾斜,那么它产生的气动力也会向前倾斜那么它产苼的气动力也会向前倾斜。这个倾斜的力可分解为一个垂直向上的力和一个水平向前的力。垂直向上的力就是直升机飞行所需的升力洏水平向前的力就是驱动直升机向前飞行的作用力。飞行员只要操纵旋翼向后倾斜旋翼产生的气动力就会向后倾斜,这个向后倾斜的力鈳分解为一个垂直向上的升力和一个水平向后的拉力正是这个水平向后的接力使直升机实现向后倒退飞行的。同样如果直升机要向左戓向右侧飞,飞行员只要操纵旋翼向左或向右倾斜就能实现所以我们看到直升飞机气流主旋翼与机身连接处都会有一些类似万向节的装置。而一些教小型的直升飞机气流向前飞和侧飞、倒飞的时候由于气流的反作用力,机身都呈倾斜状态
单旋翼直升机在飞行时,旋翼鈈停地旋转空气对旋翼就会产生一个大小相等、方向相反的反作用力矩。在这个反作用力矩的作用下直升机机体就会向旋翼旋转的反方向扭转,造成无法飞行而尾桨所产生的侧力对直升机重心形成的力矩,正好与空气对旋翼的反作用力矩相反只要控制尾桨侧推力的夶小,它就可以抵消空气对旋翼的反作用力矩制止直升机机体的扭转。所以尾桨又称抗扭螺旋桨控制尾桨侧力的大小,直升机就会实現转向飞行所以人们通常把尾桨双叫方向螺旋桨。一些新款直升飞机气流省去了尾桨靠的是主旋翼产生的气流通过导流管传到尾部,姠侧面喷射而产生侧推力其原理亦相同。
机在空气中运动时是靠机翼产生升力使飞机气流离陆升空的。机翼升力是怎样产生的呢这艏先得从气流的基本原理谈起。在日常生活中有风的时候,我们会感到有空气流过身体特别凉爽;无风的时候,骑在自行车上也会有哃样的体会这就是相对气流的作用结果。滔滔江水流经河道窄的地方时,水流速度就快;经过河道宽的地方时水流变缓,流速较慢空气也是一样,当它流过一根粗细不等的管子时由于空气在管子里是连续不断地稳定流动,在空气密度不变的情况下单位时间内从管道粗的一端流进多少,从细的一端就要流出多少因此空气通过管道细的地方时,必须加速流动才能保证流量相同。由此我们得出了鋶动空气的特性:流管细流速快;流管粗流速慢这就是气流连续性原理。
实践证明空气流动的速度变化后,还会引起压力变化当流體稳定流过一个管道时,流速快的地方压力小流速慢的地方压力大。
飞机气流在向前运动时空气流到机翼前缘,分为上下两股流过機翼上表现的流线,受到凸起的影响使流线收敛变密,流管(把两条临近的流线看成管子的管壁)变细;而
流过下表面的流线也受凸起嘚影响但下表面的凸起程度明显小于上表面,所以相对于上表面来说流线较疏松,流管较粗由于机翼上表面流管变细,流速加快壓力较小,而下表面流管粗流速慢,压力较大这样在机翼上、下表面出现了压力差。这个作用在机翼各切面上的压力差的总和便是机翼的升力(见图)其方向与相对气流方向垂直;其大小主要受飞行速度、迎角(翼弦与相对气流方向之间的夹角)、空气密度、机翼切媔形状和机
积等因素的影响。当然飞机气流的机身、水平尾翼等部位也能产生部分升力,但机翼升力是飞机气流升空的主要升力源飞機气流之所以能起飞落地,主要是通过改变其升力的大小而实现的这就是飞机气流能离陆升空并在空中飞行的奥秘。
直升机是飞机气流嘚一种其最大特点是以一个或多个大型水平旋转的旋翼提供向上升力。直升机可以垂直升降也可以停留在半空不动(悬停),或向后飛行这一突出特点使得直升机在很多场合大显身手。直升机突出的反坦克能力更是是它成为现代战争不可缺少的一环直升机的缺点是旋翼阻力大,速度低耗油量高,航程短在战争中雷达反射面积大,易遭受地面单兵作战武器的袭击
普通固定翼飞机气流飞行浮力源洎固定在机身上的机翼。当定翼飞机气流向前飞机翼与空气的相对运动产生向上升的浮力。直升机的浮力也来自相同的原理;但是直升機上的机翼并不是固定在飞机气流上随著飞机气流向前运动;而是在机顶上旋转。所以直升机上的“螺旋桨”其实是旋转中的机翼正確名称为“旋翼”。当旋翼提供浮力的同时也会令飞机气流与旋翼作相反方向旋转,必须以相反的力平衡多数做法是以小型的螺旋桨戓风扇在机尾作相反方向的推动,也有新型直升机是靠在尾部吹出空气用附壁效应产生的推力平衡,好处是大幅减少噪音而且也可以避免尾部螺旋桨碰损的可能性,提高飞机气流安全性部分大型直升机则使用向不同方向旋转的旋翼,互相抵消对机体产生的旋转力
人類有史以来就向往着能够自由飞行。古老的神话故事诉说着人类早年的飞行梦而梦想的飞行方式都是原地腾空而起,像现代直升机那样既能自由飞翔又能悬停于空中,并且随意实现定点着陆例如哪阿拉伯人的飞毯,希腊神的战车都是垂直起落飞行器。然而它们毕竞呮存在于神话故事中那个时代的科学技术水平太低,不可能创造出载人的飞行器可以说,那是人类飞行的幻想时期即使在幻想时期,仍然产生了直升机的基本思想 昭示了现代直升机的原理。最有价值、最具代表性的是中国古代的玩具“竹蜻蜒”和意大利人达?芬奇嘚画
竹蜻蜒有据可查的历史记载于晋朝(公元265—420‘年).葛洪所著的《抱朴子》一书中。它利用螺旋桨的空气动力实现垂直升空演示了现玳直升机旋翼的基本工作原理。《简明不列颠百科全书》第9卷写道:“直升机是人类最早的飞行设想之一多年来人们一直相信最早提出這一想法的是达?芬奇,但现在都知道中国人比中世纪的欧洲人更早做出了直升机玩具。” 这种玩具于14世纪传到欧洲带去了中国人的創造。 欧洲人将它作为航空器来研究和发展“
英国航空之父”乔治?凯利(1773一1857年)曾制造过几个竹蜻蜓,用钟表发条作为动力来驱动旋转飛行高度曾达27m。 随着生产力的发展和人类文明的进步 直升机的发展史由幻想时期进入了探索时期。欧洲产业革命之后机械工业迅速倔起,尤其是本世纪初汽车和轮船的发展为飞行器准备了发动机和可供借鉴的螺旋桨。经过航空先驱者们勇敢而艰苦的创造和试验1903年莱特(Wright)兄弟创造的固定翼飞机气流滑跑起飞成功。在此期间尽管在发展直升机方面他付出了很多的艰辛和努力,但由于直升机技术的复杂性囷发动机性能不佳它的成功飞行比飞机气流迟了30多年。
20世纪初为直升机发展的探索期多种试验性机型相继问世。试验机方案的多样性表明了探索阶段的技术不成熟性经过多年实践,这些方案中只有纵列式和共轴双旋翼式保留了下来至今仍在应用。双桨横列式方案未茬直升机家族中延续但在倾转旋翼/机翼式垂直起落飞行器中得到了继承和发展。
俄国人尤利耶夫另辟捷径提出了利用尾桨来配平旋翼反扭矩的设计方案并于1912年制造出了试验机。这种单旋e5a48de588b翼带尾桨式直升机成为至今最流行的形式占到世界直升机总数的95%以上。
经过20世紀初的努力探索为直升机发展积累了可贵的经验并取得显著进展,有多架试验机实现了短暂的垂直升空和短距飞行但离实用还有很大距离。
飞机气流工业的发展使航空发动机的性能迅速提高,为直升机的成功提供了重要条件旋翼技术的第一次突破,归功于西班牙人Ciervao怹为了创造“不失速”的飞机气流以解决固定翼飞机气流的安全问题采用自转旋翼代替机翼,发明了旋翼机旋翼技术在旋翼机上的成功应用和发展,为直升机的诞生提供了另一个重要条件
1907年8月,法国人保罗?科尔尼研制出一架全尺寸载人直升机并在同年11月13日试飞成功。这架直升机被称为“人类第一架直升机” 1938年,年轻的德国人汉纳赖奇驾驶一架双旋翼直升机在柏林体育场进行了一次完美的飞行表演这架直升机被直升机界认为是世界上第一种试飞成功的直升机。 1936年德国福克公司在对早期直升机进行多方面改进之后,公开展示了洎己制造的FW-61直升机1年后该机创造了多项世界纪录。
1939年春美国的伊戈尔?西科斯基完成了VS-300直升机的全部设计工作,同年夏天制造出一架原型机这种单旋翼带尾桨直升机构型成为现在最常见的直升机构型。
20世纪40年代美国沃特-西科斯基公司研制的一种2座轻型直升机R-4,它是卋界上第1种投入批量生产的直升机也是美国陆军航空兵、海军、海岸警卫队和英国空军、海军使用的第一种军用直升机。该机的公司编號为VS-316VS-316A。美国陆军航空兵的编号为R-4美国海军和海岸警卫队的编号为HNS-1,英国空军将其命名为“食蚜虻”1(Hoverfly1)英国海军将其命名为“牛虻”(Gadfly)。
箌30年代末期在法国、德国、美国和苏联都有直升机试飞成功,并迅速改进达到了能够实用的程度第二次世界大战的军事需要,加速了這一进程促使直升机发展由探索期进入实用期,直升机开始投入生产线生产到二战结束时,德国工厂已生产了30多架直升机美国交付嘚 R5、 R6直升机已达400多架。
20世纪的后半期直升机进入航空实用期直升机的应用领域不断扩展,数量迅速增加至今已有几万架直升十机服务於国民经济的各个部门和军事领域。直到今天经过人类100多年的不懈努力,直升机技术技术不断突破使其应用效能和飞行性能不断改善,从而更适合于使用的拓展技术上也逐步趋于成熟。
20世纪90年代直升机发展进入全新的阶段,出现了目视、声学、红外及雷达综合隐身設计的武装侦察直升机典型机种有:美国的RAH-66和S-92,国际合作的“虎”、NH90和EH101等这些新型的直升机又被人们称为第四代直升机。这一时期的矗升机采用了先进的发动机全权数字控制系统及自动监控系统,并与机载计算机管理系统集成在一起其重要特性是采用了先进的增稳增控装置,用电传、光传操纵取代了常规的操纵系统采用高度集成化的电子设备。计算机技术、信息技术及智能技术同时,直升机电孓设备朝着高度集成化方向发展先进的捷联惯导、卫星导航设备及组合导航技术,先进的通讯、识别及信息传输设备先进的目标识别、瞄准、武器发射等火控设备及先进的电子对抗设备,采用了总线信息传输与数据融合技术并正向传感器融合方向发展。机上的电子、吙控及飞行控制系统等通过多余度数字数据总线交连实现了信息共享。采用了多功能集成显示技术用少量多功能显示器代替大量的单個仪表,通过键盘控制显示直升机的飞行信息利用中央计算机对通讯、导航、飞行控制、敌我识别、电子对抗、系统监视、武器火控的信息进行集成处理从而进行集成控制。采用这类先进的集成电子设备大大简化了直升机座舱布局和仪表板布置,系统部件得到简化重量大大减轻。更主要的是极大地减轻了飞行员工作负担改善了直升机的飞机气流品质和使用性能。
最常见的直升机类型一个水平旋翼負责提供飞机气流升力,尾部一个小型垂直螺旋桨负责抵消旋翼的反作用力代表型号:苏联米里设计局研制的米-26运输直升机以及美国麦噵公司研制的AH-64武装直升机。
一个水平旋翼负责提供飞机气流升力并从尾部吹出空气,用附壁效应产生的推力抵消旋翼的反作用力代表型号:美国麦道公司生产的MH-6直升机。
两个旋翼前后纵向排列旋转方向相反,多见于大型运输直升机代表型号:美国波音公司制造的CH-47“支努干”运输直升机。
两个旋翼上下排列在同一个轴上并且没有尾桨,优点是稳定性好但技术复杂,因而较为少见代表型号:苏联鉲莫夫设计局研制的卡-50武装直升机。
又称为倾斜旋翼直升机结合了固定翼飞机气流和直升机两者特点的混合技术直升机。起飞时采用水岼并置的双旋翼飞行中将旋翼向前旋转90度变成两个真正的螺旋桨,按照普通固定翼飞机气流的模式飞行这样做的好处是可以减小飞行阻力,提高飞行速度最高可以超过600公里/小时,同时省油提高航程,缺点是结构复杂故障率高,因而极为少见代表型号:美国贝尔公司和波音公司联合制造的V-22运输直升机。
----------wmj007整理--------
(一)直升机的发展简史
中国的竹蜻蜓和意大利人達?芬奇的直升机草图为现代直升机的发明提供了启示,指出了正确的思维方向它们被公认是直升机发展史的起点。
竹蜻蜓又叫飞螺旋囷“中国陀螺”这是我们祖先的奇特发明。有人认为中国在公元前400年就有了竹蜻蜓,另一种比较保守的估计是在明代(公元1400年左右)这種叫竹蜻蜓的民间玩具,一直流传到现在
现代直升机尽管比竹蜻蜓复杂千万倍,但其飞行原理却与竹蜻蜓有相似之处现代直升机的旋翼就好象竹蜻蜓的叶片,旋翼轴就像竹蜻蜓的那根细竹棍儿带动旋翼的发动机就好像我们用力搓竹棍儿的双手。竹蜻蜓的叶片前面圆钝后面尖锐,上表面比较圆拱下表面比较平直。当气流经过圆拱的上表面时其流速快而压力小;当气流经过平直的下表面时,其流速慢而压力大于是上下表面之间形成了一个压力差,便产生了向上的升力当升力大于它本身的重量时,竹蜻蜓就会腾空而起直升机旋翼产生升力的道理与竹蜻蜓是相同的。
《大英百科全书》记载道:这种称为“中国陀螺”的“直升机玩具”在15世纪中叶也就是在达?芬奇繪制带螺丝旋翼的直升机设计图之前,就已经传入了欧洲
《简明不列颠百科全书》第9卷写道:“直升机是人类最早的飞行设想之一,多姩来人们一直相信最早提出这一想法的是达?芬奇但现在都知道,中国人比中世纪的欧洲人更早做出了直升机玩具”
意大利人达芬奇在1483姩提出了直升机的设想并绘制了草图。
19世纪末在意大利的米兰图书馆发现了达芬奇在1475年画的一张关于直升机的想象图。这是一个用上浆亞麻布制成的巨大螺旋体看上去好象一个巨大的螺丝钉。它以弹簧为动力旋转当达到一定转速时,就会把机体带到空中驾驶员站在底盘上,拉动钢丝绳以改变飞行方向。西方人都说这是最早的直升机设计蓝图。
1907年8月法国人保罗?科尔尼研制出一架全尺寸载人直升機,并在同年11月13日试飞成功这架直升机被称为“人类第一架直升机”。这架名为“飞行自行车”的直升机不仅靠自身动力离开地面0.3米唍成了垂直升空,而且还连续飞行了20秒钟实现了自由飞行。
保罗?科尔尼研制的直升机带两副旋翼主结构为一根V形钢管,机身由V形钢管囷6个钢管构成的星形件组成并采用钢索加强,以增加框架结构的刚度V形框架中部安装一台24马力的 Antainette 发动机和操作员座椅。机身总长6.20米偅260千克。V形框架两端各装一副直径为6米的旋翼每副旋翼有2片桨叶。
世界上第一种试飞成功的直升机
1938年年轻的德国姑娘汉纳赖奇驾驶一架双旋翼直升机在柏林体育场进行了一次完美的飞行表演。这架直升机被直升机界认为是世界上第一种试飞成功的直升机
1936年,德国福克公司在对早期直升机进行多方面改进之后公开展示了自己制造的FW-61直升机,1年后该机创造了多项世界纪录这是一架机身类似固定翼飞机氣流,但没有固定机翼的大型双旋翼横列式直升机它的两副旋翼用两组粗大的金属架分别向右上方和左上方支起,两副旋翼水平安装在支架顶部桨叶平面形状是尖削的,用挥舞铰和摆振铰连接到桨毂上用自动倾斜器使旋翼旋转平面倾斜进行纵向操纵,通过两副旋翼朝鈈同方向倾斜实现偏航操纵旋翼桨叶总距是固定不变的,通过改变旋翼转速来改变旋翼拉力利用方向舵和水平尾翼来增加稳定性。FW61旋翼毂上装有周期变距装置在旋翼旋转过程中可改变桨叶桨距。还有一根可变动桨距的操纵杆来改变旋翼面的倾斜度以实现飞行方向控淛。FW61就是靠这套周期变距装置和操纵杆保证了它的机动飞行该机旋翼直径7米。动力装置是一台功率140马力的活塞发动机这是世界上第一架具有正常操纵性的直升机。该机时速100~120公里航程200公里,起飞重量953千克
1939年春,美国的伊戈尔?西科斯基完成了VS-300直升机的全部设计工作同姩夏天制造出一架原型机。这是一架单旋翼带尾桨式直升机装有三片桨叶的旋翼,旋翼直径8.5米尾部装有两片桨叶的尾桨。其机身为钢管焊接结构由V型皮带和齿轮组成传动装置。起落架为后三点式驾驶员座舱为全开放式。动力装置是一台四气缸、75马力的气冷式发动机这种单旋翼带尾桨直升机构型成为现在最常见的直升机构型。
自首次系留飞行以来西科斯基不断对VS-300进行改进,逐步加大发动机的功率1940年5月13日,VS-300进行了首次自由飞行当时安装了90马力的富兰克林发动机。
世界上第一种投入批生产的直升机
R-4是美国沃特-西科斯基公司20世纪40年玳研制的一种2座轻型直升机,是世界上第1种投入批量生产的直升机也是美国陆军航空兵、海军、海岸警卫队和英国空军、海军使用的第一種军用直升机。
该机的公司编号为VS-316VS-316A。美国陆军航空兵的编号为R-4美国海军和海岸警卫队的编号为HNS-1,英国空军将其命名为“食蚜虻”1(Hoverfly1)英國海军将其命名为“牛虻”(Gadfly)。
早期的活塞式发动机和木质桨叶直升机
在20世纪40年代至50年代中期是实用型直升机发展的第一阶段这一时期的典型机种有:美国的S-51、S-55/H-19、贝尔47;苏联的米-4、卡-18;英国的布里斯托尔-171;捷克的HC-2等。这一时期的直升机可称为第一代直升机
贝尔47是美国贝尔矗升机公司研制的单发轻型直升机,研制工作开始于1941年试验机贝尔30于1943年开始飞行,1945年改名为贝尔471946年3月8日获得美国民用航空署(CAA)的适航证,这是世界上第一架取得适航证的民用直升机该机是单旋翼带尾桨式布局、两叶桨叶的跷跷板式旋翼。旋翼下面有稳定杆与桨叶呈直角。普通的自动倾斜器可进行总距和周期变距操纵尾梁后部有两个桨叶的全金属尾桨。
卡-18是苏联卡莫夫设计局设计的单发双旋翼共轴式輕型多用途直升机于1957年年中首次飞行,此后不久投入批生产采用两副旋转方向相反的3桨叶共轴式旋翼,桨叶为木质结构装1台275马力的⑨缸星形活塞式发动机。机身为钢管焊接结构具有轻金属蒙皮和硬壳式尾梁。座舱内可容纳1名驾驶员和3名旅客采用四轮式起落架,前起落架机轮可以自由转向
这个阶段的直升机具有以下特点:动力源采用活塞式发动机,这种发动机功率小比功率低(约为1.3千瓦/千克),比嫆积低(约247.5千克/米3)采用木质或钢木混合结构的旋翼桨叶,寿命短约为600飞行小时。桨叶翼型为对称翼型桨尖为矩形,气动效率低旋翼升阻比为6.8左右,旋翼效率通常为0.6机体结构采用全金属构架式,空重与总重之比较大约为0.65。没有必要的导航设备只有功能单一的目视飛行仪表,通信设备为电子管设备动力学性能不佳,最大飞行速度低(约为200千米/小时)振动水平在0.25g左右,噪声水平约为110分贝乘坐舒适性差。
涡轴发动机和金属桨叶直升机
20世纪50年代中期至60年代末是实用型直升机发展的第二阶段这个阶段的典型机种有:美国的S-61、贝尔209/AH-1、贝尔204/UH-1,苏联的米-6、米-8、米-24法国的SA321“超黄蜂”等。这个时期开始出现专用武装直升机如AH-1和米-24。这些直升机称为称为第二代直升机
这个阶段嘚直升机具有以下特点:动力源开始采用第一代涡轮轴发动机。涡轮轴发动机产生的功率比活塞式发动机大得多使直升机性能得到很大提高。第一代涡轮轴发动机的比功率约为3.62千瓦/千克比容积为294.9千瓦/米3左右。直升机旋翼桨叶由木质和钢木混合结构发展成全金属桨叶寿命达到1200飞行小时。桨叶翼型为非对称的桨尖简单尖削与后掠,气动效率有所提高旋翼升阻比达到7.3,旋翼效率提高到0.6机体结构为全金屬薄壁结构,空重与总重之比降低到0.5附近已采用减振的吸能起落架和座椅。机体外形开始考虑流线化以减小气动阻力。直升机座舱开始采用纵列式布置使机身变窄。性能明显改善最大飞行速度达到200~250千米/小时,振动水平降低到0.15g左右噪声水平为100分贝,乘坐舒适性有所妀善
20世纪70年代至80年代是直升机发展的第三阶段,典型机种有:美国的S-70/UH-60“黑鹰”、S-76、AH-64“阿帕奇”苏联的卡-50、米-28,法国的SA365“海豚”意大利的A129“猫鼬”等。
在这一阶段出现了专门的民用直升机。为了深入研究直升机的气动力学和其它问题这时也设计制造了专用的直升机研究机(如S-72和贝尔533)。各国竞相研制专用武装直升机促进了直升机技术的发展。
这个阶段的直升机具有以下特点:涡轮轴发动机发展到第二玳改用了自由涡轴结构,因此具有较好的转速控制特征改善了起动性能,但加速性能没有定轴结构的好发动机的重量和体积有所减尛,寿命和可靠性均有提高典型的发动机耗油率为0.36千克/千瓦小时,与活塞式发动机差不多旋翼桨叶采用复合材料,其寿命比金属桨叶囿大幅度提高达到3600小时左右。翼型不再借用固定翼飞机气流的翼型而是为直升机专门研制的翼型,即二维曲线变化翼型桨尖呈抛物線后掠。桨毂广泛使用弹性轴承有的成无铰式。尾桨已开始采用效率高又安全的涵道尾桨旋翼升阻比达8.5左右,旋翼效率提高到0.7左右機体次结构也采用复合材料制造,复合材料占机体总重的比例通常为10%左右直升机的空重/总重比一般为0.5。对于军用直升机特别是武装直升机来说,提出了抗弹击和耐坠毁要求美军方提出了军用直升机耐毁标准MIL-STD-1290,已成为军用直升机的设计标准为满足这些标准,军用直升機采用了乘员装甲保护专门设计了耐坠毁起落架、座椅和燃油系统。电子系统已发展到半集成型直升机采用大规模集成电路通讯设备、集成的自主导航设备、集成仪表、电子式与机械式混合操纵机构等。机上的电子设备之间靠一条双向数字数据总线交连通过这条总线鈳进行信息发射和接收。直升机采用混合布置的局部集成驾驶舱第一代夜视系统的使用使直升机具备了夜间飞行能力。这种较为先进的半集成电子设备使直升机通讯距离显著增大导航距离与精度明显提高,仪表数量有所减少飞行员工作负荷得到减轻,也使直升机具备叻机动/贴地飞行以及在不利气象/夜间条件下的飞行能力从而提高了直升机的整体性能。动力学性能明显提高直升机的升阻比达到5.4,全機振动水平约为0.1g噪声水平低于95分贝,最大飞行速度达到300千米/小时
20世纪90年代是直升机发展的第四阶段,出现了目视、声学、红外及雷达綜合隐身设计的武装侦察直升机典型机种有:美国的RAH-66和S-92,国际合作的“虎”、NH90和EH101等称为第四代直升机。
这个阶段的直升机具有以下特點:采用第3代涡轴发动机这种发动机虽然仍采用自由涡轴结构,但采用了先进的发动机全权数字控制系统及自动监控系统并与机载计算机管理系统集成在一起,有了显著的技术进步和综合特性第3代涡轴发动机的耗油率仅为0.28千克/千瓦小时,低于活塞式发动机的耗油率其代表性的发动机有T800、RTM322和RTM390。桨叶采用碳纤维、凯芙拉等高级复合材料制成桨叶寿命达到无限。新型桨尖形状繁多较突出的有抛物线后掠形和先前掠再后掠的BERP桨尖。这些新桨尖的共同特点是可以减弱桨尖的压缩性效应改善桨叶的气动载荷分布,降低旋翼的振动和噪声提高旋翼的气动效率。球柔性和无轴承桨毂获得了广泛应用桨毂壳体及桨叶的连接件采用复合材料,使结构更为紧凑重量大为降低,阻力大大减小旋翼升阻比达到10.5,旋翼效率为0.8这个阶段应用了无尾桨反扭矩系统,其优点是具有良好的操纵响应特性、振动小、噪声低不需要尾传动轴和尾减速,使零部件数量大大减小因而提高了可维护性。复合材料在直升机上获得了前所未有的广泛应用直升机开始采用复合材料主结构,复合材料的应用比例大幅度上升通常占机体结构重量的30~50%。这一时期的民用型直升机的空重/总重比约为0.37高度集荿化的电子设备。计算机技术、信息技术及智能技术在直升机上获得应用直升机电子设备朝着高度集成化方向发展。这一时期的直升机采用了先进的增稳增控装置,用电传、光传操纵取代了常规的操纵系统采用先进的捷联惯导、卫星导航设备及组合导航技术,先进的通讯、识别及信息传输设备先进的目标识别、瞄准、武器发射等火控设备及先进的电子对抗设备,采用了总线信息传输与数据融合技术并正向传感器融合方向发展。机上的电子、火控及飞行控制系统等通过多余度数字数据总线交连实现了信息共享。采用了多功能集成顯示技术用少量多功能显示器代替大量的单个仪表,通过键盘控制显示直升机的飞行信息利用中央计算机对通讯、导航、飞行控制、敵我识别、电子对抗、系统监视、武器火控的信息进行集成处理从而进行集成控制。采用这类先进的集成电子设备大大简化了直升机座艙布局和仪表板布置,系统部件得到简化重量大大减轻。更主要的是极大地减轻了飞行员工作负担改善了直升机的飞机气流品质和使鼡性能。直升机的全机升阻比达到6.6振动水平降到0.05g,噪声水平小于90分贝最大速度可达到350千米/小时。
直升机的头上有个大螺旋桨尾部也囿一个小螺旋桨,小螺旋桨为了抵消大螺旋桨产生的反作用力直升机发动机驱动旋翼提供升力,把直升机举托在空中旋翼还能驱动直升机倾斜来改变方向。螺旋桨转速影响直升机的升力直升机因此实现了垂直起飞及降落。
1939年美国人西科尔斯发明了第一架直升机,机身外形和现在的没多大区别仍被设计者采用。
直升机因为有许多其他飞行器难以办到或不可能办到的优势受到广泛应用,直升机由于鈳以垂直起飞降落不用大面积机场主要用于观光旅游、火灾救援、海上急救、缉私缉毒、消防、商务运输、医疗救助、通信以及喷洒农药殺虫剂消灭害虫、探测资源等国民经济的各个部门。世界直升机的队伍逐渐壮大
直升飞机气流启动发动机带动旋翼旋转后,由于旋翼槳叶与空气的相对运动就会产生向上的气动力。如果旋翼不向任何方向倾斜气动力是垂直向上的,实际上它就是托起直升机的升力洇为是向上的,所以不用滑行也就不用跑道了。
如果旋翼向前倾斜那么它产生的气动力也会向前倾斜,那么它产生的气动力也会向前傾斜这个倾斜的力,可分解为一个垂直向上的力和一个水平向前的力垂直向上的力就是直升机飞行所需的升力,而水平向前的力就是驅动直升机向前飞行的作用力飞行员只要操纵旋翼向后倾斜,旋翼产生的气动力就会向后倾斜这个向后倾斜的力可分解为一个垂直向仩的升力和一个水平向后的拉力,正是这个水平向后的接力使直升机实现向后倒退飞行的同样,如果直升机要向左或向b9ee7ad6235右侧飞飞行员呮要操纵旋翼向左或向右倾斜就能实现。所以我们看到直升飞机气流主旋翼与机身连接处都会有一些类似万向节的装置而一些教小型的矗升飞机气流向前飞和侧飞、倒飞的时候,由于气流的反作用力机身都呈倾斜状态。
单旋翼直升机在飞行时旋翼不停地旋转,空气对旋翼就会产生一个大小相等、方向相反的反作用
在这个反作用力矩的作用下,直升机机体就会向旋翼旋转的反方向扭转造成无法飞行。而尾桨所产生的侧力对直升机重心形成的力矩正好与空气对旋翼的反作用力矩相反。只要控制尾桨侧推力的大小它就可以抵消空气對旋翼的反作用力矩,制止直升机机体的扭转所以尾桨又称抗扭螺旋桨。控制尾桨侧力的大小直升机就会实现转向飞行,所以人们通瑺把尾桨双叫方向螺旋桨一些新款直升飞机气流省去了尾桨,靠的是主旋翼产生的气流通过导流管传到尾部向侧面喷射而产生侧推力,其原理亦相同
机在空气中运动时,是靠机翼产生升力使飞机气流离陆升空的机翼升力是怎样产生的呢?这首先得从气流的基本原理談
在日常生活中有风的时候,我们会感到有空气流过身体特别凉爽;无风的时候,骑在自行车上也会有同样的体会这就是相对气流嘚作用结果。滔滔江水流经河道窄的地方时,水流速度就快;经过河道宽的地方时水流变缓,流速较慢空气也是一样,当它流过一根粗细不等的管子时由于空气在管子里是连续不断地稳定流动,在空气密度不变的情况下单位时
间内从管道粗的一端流进多少,从细嘚一端就要流出多少因此空气通过管道细的地方时,必须加速流动才能保证流量相同。由此我们得出了流动空气的特性:流管细流速赽;流管粗流速慢这就是气流连续性原理。
实践证明空气流动的速度变化后,还会引起压力变化当流体稳定流过一个管道时,流速赽的地方压力小流速慢的地方压力大。
飞机气流在向前运动时空气流到机翼前缘,分为上下两股流过机翼上表现的流线,受到凸起嘚影响使流线收敛变密,流管(把两条临近的流线看成管子的管壁)变细;而流过下表面的流线也受凸起的影响但下表面的凸起程度奣显小于上表面,所以相对于上表面来说流线较疏松,流管较粗由于机翼上表面流管变细,流速加快压力较小,而下表面流管粗鋶速慢,压力较大这样在机翼上、下表面出现了压力差。这个作用在机翼各切面上的压力差的总和便是机翼的升力(见图)其方向与楿对气流方向垂直;其大小主要受飞行速度、迎角(翼弦与相对气流方向之间的夹角)、空气密度、机翼切面形状和机翼面积等因素的影響。当然飞机气流的机身、水平尾翼等部位也能产生部分升力,但机翼升力是飞机气流升空的主要升力源飞机气流之所以能起飞落地,主要是通过改变其升力的大小而实现的这就是飞机气流能离陆升空并在空中飞行的奥秘。