简说气动：直升机飞行
直升机零距离2021-01-29 02:10
志合者，不以山海为远。
直升机具有灵活机动的特点，可以做出各种不可思议的飞行动作。那么，从驾驶员操纵到直升机运动是怎样的一个过程呢？
今天从直升机驾驶员操纵→气动力变化→运动响应的角度，来简单聊一聊直升机飞行。
垂向运动
直升机想要实现离地飞行（垂直上升或斜爬升），需要驾驶员提总距杆，控制桨叶桨距增加，使旋翼可以提供更多的升力；而降落过程则恰恰相反，需要驾驶员降总距杆，控制桨叶桨距降低，使旋翼升力减小。也就是说，总距操纵决定着直升机的垂向运动。
旋翼作为直升机的升力面和控制面，虽然桨叶的挥-摆-扭运动相互耦合，但是挥舞运动直接影响着直升机的飞行。静止时，桨叶处于自然下坠状态；桨叶旋转后会产生离心力，趋向于将桨叶拉平，转速越快，离心力越大；而随着总距增加、桨叶升力增加，在升力和离心力同时作用，最终会使桨叶向上挥舞一定角度，也就是锥度角。
值得一提的是，总距操纵时，还需要适当联动控制发动机油门，因为总距操纵会引起直升机需用功率变化，如果动力供给与功率消耗不平衡将导致旋翼转速出现较大波动。
另外，对于单旋翼带尾桨直升机，进行总距操纵的同时还需要注意尾桨操控；尾桨拉力需要能够与旋翼扭矩匹配，否则直升机将出现航向摆动。
水平运动
直升机水平运动时，旋翼具有明显的气流不对称和升力不对称特点。比如，直升机前飞时，前行桨叶气流合速度为：旋转线速度+前飞速度，后行桨叶气流合速度为：旋转线速度-前飞速度。为了应对气流不对称导致的左右升力不平衡，就需要施加一定的周期变距操纵，减小前行桨叶桨距值、增加后行桨叶桨距值。
另外，当需要主动改出某一飞行状态，加减速或侧飞时，也需要施加周期变距操纵。周期变距操纵杆如下图，通常布置在驾驶员两腿之间，或者是两个驾驶员的中间。可以说，周期变距操纵直接影响着直升机的水平运动。
驾驶员前推杆操纵时，桨叶运动至右侧时迎角最小，运动至左侧时迎角最大；对跷跷板旋翼来说，由于挥舞响应滞后于操纵90度，最终桨盘后侧上挥最大，前侧下挥最大，也就是桨盘前倾，如下图。其他方向周期变距操纵引起的周期挥舞响应，机理与前推杆类似。
驾驶员前推杆，桨盘前倾，从而产生驱动前向移动的气动力，同时还需要保证垂向升力能够平衡直升机重力，否则直升机将难以保持高度。
驾驶员横向打杆，桨盘侧倾，从而产生驱动侧向移动的气动力，直升机侧飞。
驾驶员后拉杆，桨盘后倒，从而产生驱动后向移动的气动力，直升机后飞。
偏航运动
悬停状态，直升机的航向由尾桨操纵决定。如果尾桨拉力变化，则会破坏原有的直升机旋翼反扭矩平衡，从而使航向产生变化。比如，对右旋旋翼，右蹬舵时，尾桨拉力减小、机头右偏；左蹬舵时，尾桨拉力增加、机头左偏。
与悬停状态不同，直升机前飞时，航向的变化需要依靠协调转弯实现。直升机前飞改为盘旋时，驾驶员横向打杆，使直升机侧滑，产生使机头偏转的力矩，从而实现盘旋飞行。盘旋飞行过程中，旋翼拉力既要平衡重力，还要平衡盘旋过程中的离心力。速度越快、盘旋半径越小，则离心力越大，旋翼需要提供的拉力越大。
过渡飞行
在直升机悬停改前飞的过渡过程中，需要达到一定的前飞速度才能体现出来旋翼气动效率的提升。低速前飞阶段，桨尖涡强度较大，而且旋翼与地面或机头之间存在气动干扰，会在直升机尾部形成乱流。
通常在前飞速度达到16~24节以上时，旋翼周围气动环境才会相对稳定。在大载重飞行时，直升机借助地效离地，并加速前飞，达到一定速度时才可以脱离地效爬升。
志合者，不以山海为远。
举报/反馈
0
0
收藏
分享
