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灵巧机动的直升机
来源:中国民航局 2015-09-23 15:28

  直升机是通用航空使用的另一大类航空器。它的祖先是我国古老的儿童玩具——竹蜻蜓。它离地升空的原理比较简单:把螺旋桨的方向由向前改为向上,使原来产生的向前的推力现在变成向上的升力,升力克服重力后,直升机就被拉向空中。直升机此时所需的升力要比推动飞机前进的推力大许多,因此必须把桨叶造得又大又长才能产生足够的升力,直升机的螺旋桨于是就被更名为旋翼。旋翼至少有两片桨叶,多的可达八片,直升机重量越大,要求旋翼的片数越多。相对来说,直升机升空的问题比较容易解决,但升空后的操纵控制问题却异常复杂。以至于直到飞机发明以后的20多年,第一架真正实用的直升机才诞生。

  直升机升空以后,控制方面的第一个问题是:它的顶上有一个大旋翼不断地向同一方向旋转,旋翼对机身产生的反作用力会使机身向相反方向转动。但机身是不能转动的,如果它转起来,机舱里的驾驶员和乘客就会眩晕受不了。怎么办呢?设计师们在单旋翼的直升机上加上一个长尾巴,尾巴末端的一侧装上一个小旋桨,叫做尾桨。尾桨转动起来产生一个不大的推力,正好能够制止机身的旋转。装有两个旋翼的直升机,让这两个旋翼旋转的方向相反,产生的反作用力相互抵消,机身就保持不动了。

  控制方面的第二个问题是:直升机升空后,如何操纵它驶向前方?解决这个问题经历了艰难而且漫长的时间。直到20世纪30年代才发明出一套复杂而又巧妙的机构,叫做自动倾斜器,才使这一难题得以解决。具体来说:在直升飞机驾驶员的面前设有两根操纵杆。一根叫总距杆,它和油门及控制桨叶的桨距(迎角)的机构相连。驾驶员控制总距杆使发动机油门和桨距同时增大,这时升力增大,直升机上升。如果使油门和桨距减小,直升机就下降。另一根操纵杆叫周期变距杆,它和自动倾斜器相连。自动倾斜器通过机械连接可以使每个桨叶在旋转时,周期性地在某一固定的方位上变低或变高。这样一来就使整个旋翼的旋转平面向某一方向倾斜。周期变距杆前推,旋翼的旋转平面就向前倾斜,所产生的力指向前上方。这个力的向上部分与重力相平衡,向前的分力就推动直升机向前飞行。周期变距杆可以在3600方向上任意推动,因而旋翼的旋转平面也可以向任意方向倾斜。从而直升机就可以整体向任何方向运动,甚至还可以倒退飞行。驾驶员脚下安设有两个脚蹬,利用它们来控制后面的尾桨,使它产生的推力变大或变小,以此来控制直升机机头的转向。

  直升机只能使用活塞式发动机或涡轮轴发动机,它们给旋翼提供动力。由于旋翼的动力有一大部分用于产生升力,只有剩下的一部分推动直升机向前,因而直升机耗油量大,其经济性及航程远低于飞机。直升机的旋翼翼尖在飞行速度提高后会出现局部激波,因此它的最高飞行速度都在400千米/小时以下。直升机的结构复杂,机内振动大,维修费用高,这些都是限制它被广泛使用的不利因素。但是由于它所具有的机动灵活的飞行性能,可以在空中悬停,不需要在很大的场地上起降这些特征,又是其他任何航空器所无法比拟的。因此,它在通用航空中起着非常重要的作用。

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