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度旋轉,達到旋翼傾斜旋轉。下旋轉斜板不隨旋翼轉動,但傾斜角度可以由飛行員通過機械連桿或液壓作
動筒控制,以控制旋翼的傾斜角度。下旋轉斜板不光可以前低后高,還可以左低右高,或向任意方向偏轉。
這就是直升機旋翼可以向任意方向傾斜的道理。這個改變旋翼在每個旋轉周期內角度的控制稱周期距控制
(cyclic control),用來控制行進方向。直升機的另一個主要的飛行控制為槳葉的槳距(pitch),用來
控制升力,這稱為總距控制(collective control)。和固定翼飛機的飛行控制不同,直升機不靠氣動翼
面實現飛行控制,而是靠這總矩控制和周期距控制 實現飛行控制。bbs.5imx.com8l._.k0q0i i*`,a.[
旋翼傾斜,造成升力的作用力軸線傾斜,由于作用力軸線不再通過重心,造成扭轉力矩,使飛機向旋翼傾
斜方向滾轉,直到作用力軸線重又通過重心,恢復平衡
周期距控制不僅用來控制行進方向,還用來控制滾轉姿態。正常飛行時,旋翼的升力軸線必定通過飛
機的重心,不然飛機要發生滾轉。周期距控制使旋翼傾斜的同時,升力軸線同時傾斜,偏離直升機的重心,
造成滾轉力矩。飛機發生滾轉之后,飛行員的控制逐漸回中(否則就一直滾轉下去了),重心位置移動,
升力軸線重又通過重心,恢復平衡,盡管這時飛機可能是歪著或前傾、后仰的。事實上,為了在中速巡航
時機身保持水平,以減小平飛阻力,直升機的重心通常都在旋翼圓心稍后的地方,這樣旋翼可以自然向前
傾斜一定的角度,而機身依然保持水平。但為了達到最大速度,機身應該前傾,也就是壓低機頭,這樣好
最大限度地發揮發動機功率,而不至于產生不必要的升力,本意要向前飛得快,結果速度沒有上去多少,
反而越飛越高了。同樣道理,從空中急降時,用周期距控制使機頭高高仰起,旋翼后傾,既利用增加的機
身迎風面積造成的阻力減速,又利用主旋翼向前的推力分量做反推力剎車,可以極快地減速、著陸,減少
在敵人火力下的暴露時間。周期距控制也使直升機的側飛、倒飛成為可能,既強化了懸停中對側風的補償
能力,又極大地增強了對常規固定翼飛機來說匪夷所思的非常規機動性能。
直升機異乎尋常的起落性能提供了無數可能性,也帶來無數的問題,其中一個就是翻滾問題。在側風
中垂直著陸時,機身在周期距控制下向迎風方向傾斜以保持平衡,這和側風中騎自行車要歪著身子是一樣
道理。在懸停過程中,機身橫滾的支點還是在重心,但一側機輪首先接地時,機輪就變成支點,這時如果
控制不當,就會“別住腳”,向外側翻滾,造成事故。為了恢復水平,如果升力軸線在著地機輪的內側,
應該降低總距(減油門),用重力使機身正確落地;如果升力軸線在著地機輪外側,那就應該增加總距(加
油門),用升力來恢復水平姿態。用錯了,就會發生翻滾事故。沒有側風但是在起伏的艦船甲板上著陸,
也有同樣的問題。反過來的問題是在斜坡上起飛。飛行員必須小心地尋找旋翼水平的姿態,先將一側機輪
離地,機身達到水平狀態,再增加升力,使另一側機輪離地,達到升空。如果動作過急,在升力軸線還沒
有垂直時就匆忙離地,即使后離地的機輪沒有拖地以造成不利滾動力矩,支點從后離地的機輪瞬時轉移到
旋翼飛行原理
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機身重心所造成的劇烈擺動,可能使飛機失控。由于側風和地面亂流的影響,旋翼水平還不一定就是正確
的姿態,必須對側風和亂流進行補償,所以直升機在復雜條件下的起落需要相當的技巧。
側風下垂直著陸,要防止支點突然轉移到外側機輪而引起翻滾的問題 / 斜坡上起飛,要注意不能太猛,否
則重心突然從后離地的機輪向重心轉移,會造成突然而劇烈的擺動,危害飛行安全
旋翼是圓周運動,由于半徑的關系,翼尖處線速度已經接近音速時,圓心處線速度為零!所以旋翼靠
近圓周的地方產生最大的升力,而靠近圓心的地方只產生微不足道的升力。槳葉向前劃行時,槳葉和空氣
的相對速度高于旋轉本身所帶來的線速度;反之,槳葉向后劃行時,槳葉和空氣的相對速度就低于旋轉本
身所帶來的線速度,這樣,旋翼兩側產生的升力還不均勻,不做任何補償的話,升力差可以達到 5:1。這
個周期性的升力變化不僅使機身向一側傾斜,而且每片槳葉在圓周中不同方位產生不同的升力和阻力,周
期性地對槳葉產生強烈的扭曲,既大大加速材料的疲勞,又引起很大的振動。所以旋翼的氣動設計可以比
高性能固定翼飛機的機翼設計更為復雜。
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直升機以 130 公里/小時前行,主旋翼翼尖線速度 420 公里/小時,槳葉在不同位置和氣流的相對速度是
不同的,產生的升力也不同 / 固定槳葉的升力分布,等高線是與半翼展處產生的升力的比值
前面提到的 de la Cierva 是在實踐中發現這個問題的。他的模型旋翼機試飛很成功,但是全尺寸的
旋翼機一上天就橫滾翻,開始以為是遇到突然的橫風,第二架飛機上天同樣命運。de la Cierva 經過研究,
發現模型旋翼機的槳葉是用藤條材料做的,有彈性,而全尺寸旋翼機的槳葉是剛性的鋼結構,由此認識到
槳葉的揮舞鉸的必要性。具體來說,為了補償左右的升力不均勻,和減少槳葉的疲勞,槳葉在翼根要采用
一個容許槳葉載回轉過程中上下揮舞的鉸鏈,這個鉸鏈稱為揮舞鉸(flapping hinge,也稱垂直鉸)。槳
葉在前行時,升力增加,槳葉自然向上揮舞。由于槳葉在旋轉過程中同時上升,槳葉的實際運動方向不再
是水平的,而是斜線向上的。槳葉和水平面的夾角雖然不因為槳葉向上揮舞而改變,但槳葉和氣流的相對
運動方向之間的夾角由于這斜線向上的運動而變小,這個夾角(而不是槳葉和水平面之間的夾角)才是槳
葉真正的迎角。槳葉的迎角在升力作用下下降,降低升力。槳葉在后行時,槳葉的升力不足,自然下垂,
變旋轉邊下降造成槳葉和氣流相對運動方向之間的夾角增大,迎角增加,增加升力。由于離心力使槳葉有
自然拉直的趨勢,槳葉不會在升力作用下無限升高或降低,機械設計上也采取措施,保證槳葉的揮舞不至
于和機體發生碰撞。槳葉在環形過程中,不斷升高、降低,翼尖離圓心的距離不斷改變,引起科里奧利效
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旋翼飛行原理(3)