直升机转向的原理是什么?

问这问那


理解这个问题,需要先了解直升机飞行涉及的空气动力学、飞行力学原理。

1、直升机靠机身上部的主旋翼(螺旋桨)旋转产生升力(拉力),螺旋桨各桨叶拉力之和就是旋翼的拉力。当旋翼向上的拉力大于直升机自重,直升机就上升;小于直升机自重,直升机就下降;刚好相等,直升机就悬停。

2、直升机的主旋翼上,有个自动倾斜器(也叫斜盘),自动倾斜器控制主旋翼倾斜角度。当自动倾斜器向某个方向倾斜时,会带动桨叶同步发生倾斜,桨叶的旋转平面也会向所需方向倾斜,旋翼的拉力方向因此发生改变,就可以操纵直升机从向不同方向的飞行。

3、根据作用力与反作用力的物理原理,直升机驱动旋翼旋转时,旋翼也必然会对直升机产生一个反作用力矩;如果没有其他措施,旋翼旋转时直升机机体就会在反作用力带动下,向反向产生转动。这样一来,直升机就将进入“不由自主”的飞行状态。

4、为了控制反作用力矩,就需要给直升机再安装一副螺旋桨,向相反的旋翼来抵消反作用力矩。这两副螺旋桨又可分为左右并排、前后纵列、上下共轴、交叉互切等布局。其中,最简单的方式是在机尾装一个垂直旋转的小旋翼(尾桨),通过尾桨转动抵消反作用力矩。

5、现代多数直升机采取单旋翼带尾桨的布局方式。这种直升机的尾桨转速一般是主旋翼的3倍,尾桨角度调整会产生“拉力”或“推力”,从而控制直升机向左或向右转弯。

6、仔细观察会发现,很多直升机会在尾部离主旋翼较远的地方设置尾桨。为什么中间需要间隔这么远呢?这是由于,尾桨距离越远抵消力矩越大,需要消耗的抵消功率越小,能够节省总消耗功率。

从上面的原理可以看出,控制直升机转弯有两种方法:

一种是把尾桨的转速加快或减慢,可控制直升机机头向左或向右转向。一般在悬停时使用这种方法。多用于直八、黑鹰等单旋翼直升机。

另一种方法是使主旋翼水平倾斜一定角度,可控制机体向左或向右飞行。一般在高速飞行时使用这种方法。多用于共轴或双旋翼直升机,如卡-27、CH-47等。

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直升机的旋翼布局方式有多种类型,不同类型的直升机转向原理还是有所不同的。

第一种:单旋翼+尾桨,比如UH-60黑鹰直升机

这种直升机的转向,主要依靠控制尾桨的转速来调整侧向力矩大小,从而实现转向。

第二种:共轴旋翼,比如Ka-27

这种直升机由于没有尾桨,但是设置了和固定翼飞机一样的垂尾。在高速飞行过程中可以使用尾翼的方向舵进行偏转方向;在低速飞行或者悬停时,主要依靠上下两个旋翼的转速差来进行旋转。

第三种、纵列式双旋翼,比如CH-47。

这种直升机的转向依靠的是前后两个旋翼的差速来进行调节。

第四种,横列式双旋翼,比如米-12。

这种巨无霸直升机融合了固定翼和旋翼机的特点,航向上的调节一方面可以依靠垂尾上的方向舵(当然速度要高),另一方面也可以依靠两个旋翼的差速调节。

除了上述四种之外,还有向K-Max交叉式旋翼无人直升机等这些特种类型的,如果没有尾桨的存在,转向方式主要还是依靠两个旋翼之间的转速差,进而控制彼此的转动力矩来进行转向。


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有尾桨的,就是依靠尾桨产生的力矩,改变方向,单个旋翼像一个方向旋转,会带动整个机身旋转转圈,最终坠毁,尾桨就是提供一个相反的力矩,让机身扭回来。双旋翼的就不需要尾桨了,要么正反转(俄罗斯那种),要不并列双旋翼,旋转方向相反,力矩抵消,可以用尾翼等改变方向。


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