與固定翼飛機相比,直升機飛行的自由度極高,它不需要專用跑道,也不需要空曠的飛行空間,在各種人跡罕至的地方垂直起飛降落,自由自在地穿梭于山川峽谷之中或高樓大廈之間。憑著獨特的飛行特點,直升機在人類生活中扮演著難以替代的角色。
那么,直升機是如何實現(xiàn)任意方向自由飛行的呢?
答案就在直升機的旋翼系統(tǒng)里,旋翼系統(tǒng)是直升機區(qū)別于固定翼飛機的主要標志,也是直升機能夠自由飛行的關鍵所在。
這是國產大型民用直升機AC313主旋翼的一片槳葉,可以看到槳葉剖面上面凸一些下面平一些。當直升機旋翼轉動時,每一片轉動的槳葉上方空氣流速快壓強小,下方空氣流速慢壓強大,上下形成的壓力差就產生了升力,當全部槳葉產生的升力大于直升機自重時,直升機就飛起來了。
常見的直升機在尾巴處還會有一副尾槳,它又是做什么的呢?原來,按照牛頓第三定律“力的作用是相互的”,發(fā)動機驅動旋翼旋轉,旋翼也會對機體產生反作用,也就是反扭矩,反扭矩使得機身會向旋翼旋轉相反的方向旋轉。而在機尾處安裝一個向側面產生推力或拉力的尾槳,利用尾槳轉動產生的力就可以來平衡主旋翼產生的反扭矩,從而保證直升機在飛行中能夠保持平穩(wěn)。
直升機主旋翼上每一片槳葉的水平方向傾斜角度,也就是迎角,都是可以操控的,而旋翼產生的升力也會隨著迎角的變化而變化,一般迎角越大,升力越大。
當向上的升力大于直升機的重量,直升機就會上升,小于就會下降,剛好相等時直升機就懸停在空中了。直升機槳葉旋轉時,形成一個旋轉平面,也就是槳盤平面,通過控制槳盤平面向前、后、左、右等各方向傾斜就可以改變旋翼的拉力方向,從而實現(xiàn)直升機向前后左右不同方向飛行。直升機槳盤控制十分復雜,為了實現(xiàn)對槳盤角度的控制,工程師們發(fā)明了絞鏈機構來連接槳葉和槳轂,通過周期性的改變各片槳葉的傾斜角度,使槳盤平面向各個方向傾斜,從而讓直升機可以向前后左右任意方向飛行。
尾槳的槳葉迎角也是可以調節(jié)的,尾槳產生的力的大小因此也是可以調節(jié)的,當尾槳產生的力大于或小于平衡反扭矩所需要的力時就可以實現(xiàn)直升機的左右轉向。
從直升機飛行背后的物理原理,我們知道駕駛直升機的挑戰(zhàn)性非常高,因為槳葉微小調整會引起直升機姿態(tài)的巨大變化,在航空人的努力下通過先進的自動控制系統(tǒng)直升機變得越來越好飛,飛的也更快更高更靈活啦!
來源:航空工業(yè)
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