直升机尾部可爱的小螺旋桨是干什么用的？
北京科学中心2019-08-28 14:25
喜欢看战争片的小伙伴们，常常可以看到这样一个情节：
在主角遭遇敌人围追堵截的险要关头，一架直升机潇洒降落。直升机扮演着救世主的角色，为主角送来援兵，拯救主角于危难之中。
电影《黑鹰降落》剧照细心的小伙伴们在观察直升机的时候可能发现了，直升机的尾部居然还有一个小小的螺旋桨。
这个有点可爱的小螺旋桨是干什么用的呢？它在直升机飞行的时候起到什么作用呢？让我们一起来看看吧!
我国自主研制的第一种专业武装直升机 武直-10
要想知道这个小螺旋桨的作用，让我们先来了解一下直升机的基本结构和它的飞行原理。
直升机如何起飞
单旋翼直升机的基本结构图通过上面这张图我们可以了解到，直升机尾部的螺旋桨是它的尾旋翼，直升机能够飞起来，关键在于它头上的螺旋桨（又称为主旋翼）。
直升机飞行时，主旋翼不断旋转，桨叶的上下表面弧度不同，上表面凸起，下表面较平。
空气中的某一点从机翼上表面通过和从下表面通过的时间一样，而上面路程远，所以空气相对于飞机来说，上表面流速快，下表面流速慢。
根据伯努利原理，气体流速越大的地方压强越小，气体流速越小的地方压强越大。
这样一来，空气对桨叶上下表面就形成了压强差，空气对桨叶上表面向下的压力小于空气对桨叶下表面向上的压力，所以桨叶有了向上的升力。
直升机飞行原理图直升机如何转向
了解了直升机如何起飞，我们就很容易弄明白直升机是如何转向的了。
如果我们调整主旋翼的桨叶，使桨叶不再完全水平而有所倾斜，那么空气对桨叶的拉力也不再会是竖直向上的。
我们可以将空气对桨叶的作用力记做T，它可以被分解成两个力：竖直向上的力T1与水平方向的力T2。
竖直向上的力T1控制直升机的起飞；水平方向的力T2控制直升机转向，直升机会沿力T2的方向旋转。
主螺旋桨的转动让直升机能顺利起飞和转向，但它也带来了一个问题。
根据牛顿第三定律，力的作用是相互的，相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。
当直升机驱动主旋翼旋转时，主旋翼也必然会对直升机产生一个反作用力，我们把这个反作用力的力矩称之为反扭矩。
如下图显示，假如主旋翼逆时针旋转，那它对机身就会产生顺时针方向的反作用力。
桨叶对飞机的反作用力示意图如果我们不能消除这个讨厌的反作用力对直升机的影响，直升机的机体一直将会“不由自主”地原地转圈。
巧妙的尾旋翼
为了解决这个难题，科学家们想了很多办法，目前最普遍的一种解决方法是在直升机的尾部安装尾旋翼。
和主旋翼一样，尾旋翼旋转的时候桨叶两面也有压强差，压强差使空气对它有一个推力。与主旋翼不同的是，尾旋翼是垂直旋转的，所以空气对它的推力是水平方向的。
如果这个推力（T尾浆）和主旋翼对机身的反作用力大小相等、方向相反，那么直升机就不会原地打转了，例如下图所示：
没有尾旋翼的直升机
给直升机安装上尾旋翼是解决主旋翼反作用力的一个好办法，但也有不少直升机没有安装尾旋翼。这些直升机为什么不会原地转圈呢？
>>>>共轴双旋翼直升机
共轴双旋翼直升机具有绕同一轴线一正一反旋转的上下两副旋翼，由于转向相反，两副旋翼产生的反作用力可以相互平衡。
>>>>交叉双旋翼直升机
交叉双旋翼直升机的原理与共轴双旋翼直升机是一样的，但是它的两旋翼轴不平行，是分别向外侧倾斜的，且横向轴距很小，所以两副旋翼在机体上方呈交叉状。
这类飞机同样是依靠两副旋翼向不同方向旋转，产生了两个大小相等、方向相反的反作用力，这两个力之间可以相互抵消。
>>>>利用康达效应的直升机
康达效应是指流体（水流或气流）有偏离原本流动方向，改为随着凸出的物体表面流动的倾向。
举一个生活中常见的例子，大家就能很快了解康达效应了。当我们把一个汤勺放在水龙头下，水流会顺着汤勺的表面流动，而不是垂直向下流动。
在直升机尾梁和机身对接的地方安装有一个可以改变桨叶倾角的风扇。直升机工作时，发动机带动风扇转动，在尾梁内部产生压缩气流，尾梁一侧开有缝隙，气流从尾梁侧面的缝隙中喷出。
根据康达效应，喷出的气流和主旋翼的尾流汇合绕尾梁旋转，从而使尾梁两侧形成压力差，产生侧向力来平衡旋翼的反扭矩。
直升机灵活机动，对于起降场地的要求又小，有着广阔的应用前景，在社会公共事业、经济发展、军事国防和我们的生活上都大有用武之地。
希望本篇文章能帮助你了解直升机和它的尾旋翼设计背后的科学原理。
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