直升机的原理及分类

§4.7直升机一、概况二、直升机分类三、直升机结构四、直升机的飞行原理§4.7直升机直升机是一种旋翼航空器，它的升力和前进的动力是由发动机带动的旋翼提供的。直升机可以垂直起降，还能在空中向前后左右各个方向运动。在一定高度下能够在空中悬停。它机动灵活，可以在山顶、峡谷、海上采油平台起降，也可以在地面、水面上悬停，因而获得了广泛的应用。一、概况§4.7直升机但是直升机的构造较飞机复杂，飞行效率低，飞行品质差，速度低，振动和噪声水平高，因而在航空运输上仅用于地形复杂地区或地面交通拥挤的城市中心到其他地区的特殊需要，和飞机相比，所占数量比例很小。直升机按构造可分为两大类:单旋翼带尾桨式双旋翼式二、直升机分类§4.7直升机单旋翼带尾桨式单旋翼带尾桨式是目前最流行的形式。这种直升机顶部有一个大的旋翼，机身后伸出一个尾梁，在尾梁上装一个尾部旋桨(简称尾桨)，尾桨的作用是平衡由于旋翼旋转而产生的使机身逆向旋转的扭矩。直-5双旋翼式双旋翼的直升机有多种形式，有两个旋翼共轴的，有两个旋翼交叉的，有两个旋翼横列的和两个旋翼纵列的。它们的共同点是有两个旋翼，两个旋翼的旋转方向相反，从而使旋翼的反作用力矩相互抵消保持机身不动。双旋翼式目前以纵列式的使用较多，即两个旋翼沿机身长度方向排列，它的重心移动范围大、机身长，可以把直升机做得很大，共轴式的紧凑，但操纵复杂，在小型直升机上有较多的使用。卡-50双桨共轴武装直升机纵列式双桨直升机以单旋翼直升机为例，直升机的构造分为机身动力装置旋翼起落装置传动和操纵系统尾梁和尾桨§4.7直升机三、直升机结构1-机身；2-主旋翼；3-尾桨；4-发动机；5-旋翼头；6-传动系统；7-驾驶舱图4-49直升机各部分机身机身包括驾驶舱和机舱，机舱用来装载人员、货物和其他设备，机身把直升机的各部分连在一起，和飞机的机身的构造大体相同，最大的不同在于飞机的机身最大的受力部位在机翼和机身的结合部，而直升机的最大受力部位在机身顶部旋翼的桨毂和机身结合部。动力装置直升机的动力装置要提供旋转扭矩使旋翼和尾桨旋转，早期直升机和现在小型直升机使用活塞式发动机。喷气发动机出现后，直升机使用涡轮轴发动机。对直升机的发动机除要求重量轻和耗油率低之外，由于直升机经常用于短途飞行，它的工作场所离地面近，因而要求发动机部件有良好的耐疲劳性能和抗腐蚀性能。旋翼（1）旋翼是直升机最关键的部位，它既产生升力，又是使直升机水平运动的拉力的来源，旋翼旋转的平面是升力面又是操纵面。旋翼（2）•旋翼的组成旋翼由桨叶、桨毂和连接桨叶、桨毂的机构组成。从原理上讲旋翼和螺旋桨没有区别，但是旋翼要提供升力和拉力，而螺旋桨仅提供拉力，为了获得足够的升力，桨叶要做得很长，旋翼直径从小型直升机的5~10米到大型直升机的二三十米，最大的有32米。桨叶连接在桨毂上，构成整副旋翼。起落装置直升机的着陆装置多数采用三轮或四轮起落架，用于着陆缓冲和地面滑跑，由于直升机速度低，起落架除少数速度较高的直升机外，一般不回收，有部分直升机采用滑橇式起落架以减轻重量，为了在雪地或泥地上起降也使用这类起落架。为了在水面上起降有的垂直机装备专用的浮筒式起落架。传动和操纵系统直升机要通过改变旋翼的桨距和倾斜旋翼平面的方向来改变飞行方向，因而它的传动和操纵系统和飞机是全然不同的。尾梁和尾桨单旋翼直升机要由尾桨产生一个力矩来平衡由旋翼旋转产生的使机身旋转反作用力矩。尾桨距旋翼转轴越远则产生的平衡力矩越大，这样尾桨可以做得小，但尾梁加长，传动轴也会加长，使重量增加。直线向前飞行时，尾桨产生的力矩和旋翼的反作用扭矩平衡，如果控制尾桨的推力大小，就可以使直升机转向。尾梁上还装有水平和垂直的安定面，保证直升机的航向和纵向稳定。2、动力传递和控制四、直升机的飞行原理§4.7直升机3、操纵及性能1、旋翼受力1、旋翼受力（水平铰）§4.7直升机旋翼的桨叶在运动中产生拉力(向上)其原理和机翼相同，都是因空气流过翼面产生升力，但是它的运动是绕轴旋转的，旋翼在旋转一圈时在迎风的半圈(称为前行)和顺风半圈(后行)中桨叶的相对风速是不同的，即迎风一半大，而顺风时小，因而会造成升力不平衡，即前行桨叶升力大，这会使直升机倾斜，并使桨叶根部产生交变弯矩，使桨叶加速损坏。为了解决这个问题，桨叶和桨毂之间用一个水平铰链或是柔性的连接起来，使桨叶可在旋翼平面上、下摆动，这样由于铰链不传递垂直方向的力，从而使两边升力平衡，这个铰链称为水平铰或挥舞铰。1、旋翼受力（垂直铰）§4.7直升机同样，在使用了挥舞铰后，由于桨叶的上下摆动，使每个桨叶的旋转角速度发生变化，桨叶下挥时，使旋翼角速度变小，上挥时，角速度增大，这个力称为哥氏力，是沿旋翼周向作用在桨叶上的，也是周期变化的，同样产生交变的根部弯曲力矩，为了减少这个力的作用，通常再如上一个垂直放置的铰链，使桨叶可在圆周方向做少量的前后摆动，这个铰链叫做垂直铰或摆振铰。1、旋翼受力（轴向铰）§4.7直升机旋翼和螺旋桨相同，它的桨叶的迎角即桨距和拉力的产生有直接的关系，因而它的桨距也要求可调，从而调节和控制升力，这需要第3个铰链使桨叶可以围绕自身的轴运动，这个铰称为桨距角，或轴向铰。这样直升机的桨叶可以绕着3个铰链挥舞、摆振和转动，从而形成了一个构造复杂，维护困难又寿命不高的桨毂系统。2、动力传递和控制§4.7直升机直升机的动力是通过减速器的旋转轴带动旋翼传送的，驾驶员操纵总距杆来改变桨叶的桨矩角(安装角)实现旋翼的拉力增大或减小，使直升机上升或下降；改变飞行方向则操纵周期变矩杆(也称驾驶杆)，使旋翼的旋转平面向某一方向倾斜，使直升机向这一方向飞去，执行这个动作的机构称为自动倾斜器。图4-51自动倾斜器结构示意图3、操纵及性能（1）§4.7直升机直升机垂直运动时旋翼产生拉力全部变为升力，产生的反作用扭距被尾桨产生的拉力力矩平衡。向前飞时旋翼面前倾，所产生的拉力分解为向上的拉力和向前的推力，使直升机向前运动。如果旋翼向右倾斜就会产生向右的分力，使直升机向右运动。同理，直升机可向其他方向运动。3、操纵及性能（2）§4.7直升机驾驶员操纵直升机使用两根驾驶杆和脚蹬，总距杆和油门通常连在一起，或称为总距油门杆。驾驶杆后拉，旋翼桨矩增大，油门开大，旋翼升力增加，直升机上升，前推则下降。周期变矩杆也称为驾驶杆，装在球铰上可向任一方向偏移，带动自动倾斜器向同一方向倾斜，使直升机向这一方向平移，脚蹬在单旋翼直升机上控制尾桨桨矩，改变尾桨拉力，从而改变直升机的航向(机头所对方向)。对双旋翼机脚蹬控制方向舵或其他航向控制机构。3、操纵及性能（3）§4.7直升机直升机的特点1、直升机的速度远低于飞机。2、直升机的耗油率比飞机高。3、维护费用也高。4、在飞行性能方面无法和飞机相比。5、但使用场地灵活，对地形的适应性高。直升机在通用航空中占有不可缺少的重要位置，在复杂地形和拥挤城市区域的短途运输中也发挥着很大作用。直升机的速度远低于飞机的原因§4.7直升机直升机的飞行速度受到多种因素限制，首先是旋翼直径很大，翼尖的线速度很高，在加上相对气流的速度，高速飞行时很容易接近音速，桨叶承担不了这样的阻力。此外由于旋翼的倾斜角度不可能很大，发动机的功率一大部分用于提供升力，提供拉力的比例不可能太大，因而直升机的速度远低于飞机。迄今为止，直升机的最高飞行速度也只有400km/h左右，直升机的速度通常在300km/h以内。直升机的速度远低于飞机的原因§4.7直升机直升机的飞行速度受到多种因素限制，首先是旋翼直径很大，翼尖的线速度很高，在加上相对气流的速度，高速飞行时很容易接近音速，桨叶承担不了这样的阻力。此外由于旋翼的倾斜角度不可能很大，发动机的功率一大部分用于提供升力，提供拉力的比例不可能太大，因而直升机的速度远低于飞机。迄今为止，直升机的最高飞行速度也只有400km/h左右，直升机的速度通常在300km/h以内。