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旋翼机的工作原理和起飞方式 旋翼机的布局与部件

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旋翼机,是指用无动力驱动的旋翼提供升力、重于空气的“飞行器”。由推进装置提供推力前进,推进装置有螺旋桨和喷气两种。前进时气流吹动旋翼而产生升力,它不能垂直起飞或悬停,常在起飞时还要给旋翼一个初始动力,使旋翼的升力增加。借助于旋翼可做近似垂直的降落。旋翼使结构变得复杂,速度提高受到限制。旋翼机的最基本的部件是机身、发动机、旋翼系统、螺旋桨、尾面以及起落架。下面一起来了解下旋翼机的详细知识。

一、旋翼机的工作原理

旋翼机的工作原理和起飞方式 旋翼机的布局与部件

旋翼机和直升机简直一模一样:它们头顶都有一副大直径的旋翼,在飞行中依靠旋翼的旋转产生升力。但是除去这些表面上的一致性,旋翼机和直升机却是两种完全不同的飞行器。

旋翼机实际上是一种介于直升机和飞机之间的飞行器,它除去旋翼外,还带有一副垂直放置的螺旋桨以提供前进的动力,一般也装有较小的机翼在飞行中提供部分升力。旋翼机与直升机的最大区别是,旋翼机的旋翼不与发动机传动系统相连,发动机不是以驱动旋翼为旋翼机提供升力,而是在旋翼机飞行的过程中,由前方气流吹动旋翼旋转产生升力,象一只风车,旋翼系统仅在起动时由自身动力驱动,称之为预旋,起飞之后靠空气作用力驱动;而直升机的旋翼与发动机传动系统相连,既能产生升力,又能提供飞行的动力,象一台电风扇。由于旋翼为自转式,传递到机身上的扭矩很小,因此旋翼机无需像单旋翼直升机那样的尾桨,但是一般装有尾翼,以控制飞行。

在飞行中,旋翼机同直升机最明显的分别为直升机的旋翼面向前倾斜,而旋翼机的旋翼则是向后倾斜的。

需要说明的是,有的旋翼机在起飞时,旋翼也可通过“离合器”同发动机连系,靠发动机带动旋转而产生举力。这样可以缩短起飞滑跑距离,几乎以陡直地向上爬升,但还不能垂直上升,也不能在空中不动(即“悬停”)。等升空后再松开离合器随旋翼在空中自由旋转。

旋翼机飞行时,升力主要由旋翼产生,固定机翼仅提供部分升力。有的旋翼机甚至没有固定机翼,全部升力都靠旋翼产生。

由于旋翼机的旋翼旋转的动力是由旋翼机前进而获得。万一发动机在空中停车螺旋桨不转了,此时旋翼机因为具有惯性继续维持前飞的状态,并由于重力和空气阻力逐渐减低速度和高度,就在这高度下降的同时,也就有了自下而上的相对气流,旋翼就能可自转提供升力。这样,旋冀机便可凭飞行员的操纵安全地滑翔降落。即使在飞行员不能操纵,旋翼机失去控制的特殊情况下,也会像降落伞一样的降落,虽然也是粗暴着陆,但不会出现类似秤陀落地的情况。

直升机也是具备自转下沿安全着陆能力的。但它的旋冀需要从有动力状态过渡到自转状态,这个过渡要损失一定高度。如果飞行高度不够,那么直升机就可能来不及过渡而触地。旋翼机本身就是在自转状态下飞行的,不需要进行过渡,所以也就没行这种为安全转换所需的高度约束。

二、旋翼机的起飞方式

旋翼机的起飞方式

一类是需要滑跑起飞的,这种比较简单,大量的是这一类。另-类是可垂直起飞的,其起飞方法有三种:一种是带动力驱动它的旋翼;第二种是用预转旋翼并使其达到正常飞行转速的一定倍数,然后突然脱开离合器,同时使旋翼桨叶变距而得到较大的升力跳跃起飞;第三种则是由旋翼翼尖小火箭驱动旋翼旋转而提供升力来实现垂直起飞这种垂直起飞的过程,一般都是由自动程序控制来完成的,而且它有较高的性能,但价格比较便宜。

由于旋翼机没有尾梁、没有尾传动系统及减速器自动倾斜器,绝大部分旋翼机也没有主旋翼传动系统、主减速器等,结构简单,所以不仅价格低,而且故障率也低。此外使用维护简单方便。所需费用也低。

旋翼机虽然古老,但它也是一种正在蓬勃发展的年轻飞行器,其好用、安全、便利的特点,使其在未来的航空器家族中仍将占有一席之地。

三、旋翼机的布局与部件

旋翼机的布局与部件

旋翼机的最基本的部件是机身、发动机、旋翼系统、螺旋桨、尾面以及起落架。为了改善性能,如提高飞行速度等,还可以选择机翼等部件。

机身是所有其他部件的连接件,结构可以是焊接管、金属片、复合材料、单管栓接或混合结构方式,最大强度重量比的机身是碳纤维材料或焊接管结构。发动机在飞行中提供独立于旋翼系统的前飞动力,在地面则可以提供旋翼桨叶预转的动力。

随着旋翼机的发展,可用于旋翼机的发动机种类也越来越多。车用、船用、航空发动机都可以用于以娱乐、体育爱好为目的研制的旋翼机,而需要取得适航证的旋翼机必须安装权威管理机构认证的发动机。发动机可以是活塞式也可以是涡轮式。旋翼系统主要给旋翼机提供升力和操纵,常用的是全铰接式、半刚性跷跷板式。因不需反扭矩装置,现代旋翼机的主要型式是单一的旋翼。

目前旋翼机惯用2片或3片桨叶,广泛应用于直升机的负扭度桨叶对旋翼机来讲,并没有多大优势,所以旋翼机上常用无扭转或正扭转桨叶。个人自制的小型旋翼机常常使用可以连同桨毂桨叶一起扳动倾转的旋翼系统,也可以使用带总距操纵来改变旋翼桨叶俯仰角的旋翼系统。如果桨叶带总距操纵且具有足够的惯量,旋翼机跳飞就有可能实现。旋翼机的螺旋桨可以是拉进式也可以是推进式,也就是说,螺旋桨可以安装在机身头部,也可以安装在尾部。早期的旋翼机是由螺旋桨拉进式固定翼飞机改装而成,用旋翼替代固定翼。机翼或者固定机翼与旋翼复合使用。推进式布局避免了方向舵和平尾位于螺旋桨滑流中,具有更好的操纵性,飞行员也有更好的视野。但是在总体设计中应该充分考虑推进式布局中,由于受机身影响,螺旋桨的工作效率有所降低。

和定翼飞机一样,旋翼机尾平面包括垂尾和平尾,提供俯仰和偏航轴向的稳定和操纵。有一些旋翼机,特别是封闭式驾驶舱的旋翼机,航向稳定性很低,为了补偿航向稳定性,安装垂尾是必要的。由于垂尾面积受旋翼桨叶倾转边界和着陆俯仰角度的限制,所以许多旋翼机设计安装了多片垂直安定面和方向舵。如果采用推进式螺旋桨布局,处于螺旋桨滑流中的平尾和垂尾利用效率会更高,特别是在旋翼机起飞和着陆飞行速度比较低的时候。

旋翼机的工作原理和起飞方式 旋翼机的布局与部件认证作者,无人机行业知名站长,知乎无人机专栏创作者。
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