直升机原理(直升机原理与构造图解)

图为直升机

自从莱特兄弟发明了飞机后,人类交通正式步入航空时代,但莱特兄弟只能说是固定翼飞机之父,除了固定翼飞机,直升机也是航空界非常常见的一款飞行器,而且相较于固定翼飞机,直升机起降不需要依赖机场跑道,并且可以做到空中悬停,令人疑惑的是,直升机没有喷气发动机,也没有机翼,凭啥能够飞起来,同时又是咋实现悬停的呢?这究竟应用了什么原理?其实秘密都在螺旋桨上。

图为直升机主旋翼结构

直升机发展至今,外形也可谓五花八门,但不管是哪一款直升机,都无法摆脱对主旋翼的依赖,可以发现,直升机顶部会安装一个大型螺旋桨,而这就是直升机可以平地起飞的关键所在,如果仔细看,直升机旋翼结构非常复杂,虽然存在双叶旋翼,同时也存在五叶旋翼,甚至还有更多的旋翼系统,但旋翼与传动杆之间必定会存在连接方式,目前旋翼主要有铰接式旋翼、无铰式旋翼、半铰式旋翼、无轴承式旋翼四种类型。

图为直升机

有些人不解的是,为何旋翼转动,直升机就能够起飞?这是因为旋翼在快速转动时,会改变上下压强,从而形成一个向上的升力,再加上桨叶的变距角度,升力的大小也能灵活控制,与固定翼飞机相比,直升机的升力主要靠旋翼提供,而固定翼飞机则靠机翼上下气流的速度差来形成升力,所以固定翼飞机必须借助跑道才能够起飞,当然,F35B这种垂直起降战机除外,但在绝大多数没有机场跑道的环境下,直升机的运行都要方便许多。

与此同时,直升机的旋翼并不止顶部这一个,往往还会有一套尾桨,其实,直升机之所以能够实现悬停,靠的也是它,当主旋翼快速转动时,其传动轴也会传递给机身一个反作用力,可以将其称为扭矩,如果没有一个力去平衡扭矩,那么直升机机身也会跟着一起转动,这样一来,飞行员根本就无法有效地操控直升机,甚至基本安全都无从谈起,但有了尾桨的平衡,就可以让直升机平稳飞行,并且在精准的操作下实现稳定悬停。

图为卡28直升机

当然,世界上也存在一些没有尾桨的直升机,比如俄罗斯的卡28反潜直升机就没有设计尾桨,那么它们是如何抵消扭矩的呢?原来,卡28具有双层旋翼结构,所以两个旋翼朝着不同方向转动,也能够起到平衡扭矩的作用,而单旋翼直升机如果不设计尾翼,则可以通过尾部喷气装置来实现平衡扭矩,与带尾桨的直升机相比,无尾桨机型能够将机身长度缩短,所以更加方便在狭小空间内使用,比如舰载起降。

由于不需要机场,并且可以在目标上空长时间悬停,直升机除了军用外,目前还广泛应用于救援、治安、航拍以及运输等民间领域,中国直升机工业虽然起步时间比较晚,并且曾经在发动机领域遇到瓶颈,所以导致发展水平落后于西方,但经过这么多年的努力,国产直升机目前也做到了世界一流水平,并且还打算与俄罗斯共同开发重型直升机项目,在可预见的未来,很有希望成为又一个直升机强国。