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  • 1 # 魑魅涅槃

    在我們大家的傳統觀念和了解中對於直升機的結構樣式還是停留在常見的單旋翼帶尾槳的結構中,其實直升機按照結構劃分的話是可以劃分很多種類的。

    我們常見的單旋翼帶尾槳的結構既是最常見的也是結構最簡單可靠的,但是這種結構的直升機有一個顯著的缺點就是效率差等,所以也就有了其他不同型別的直升機出現。單旋翼帶尾槳的直升機由於機身尾部的尾槳只用於控制直升機的飛行姿態,並不提供任何升力和推力,但是卻要消耗發動機所輸出的20%左右的動力,其次這種結構的直升機在懸停時由於結構本身的問題存在抗風性較差,所以其在某些特殊應用場景下就不那麼適用了。所以後來出現的像俄羅斯卡莫夫設計局的卡系共軸雙旋翼直升機、蘇聯時期曾製造的世界上最大的橫列雙旋翼直升機米12、美國大名鼎鼎的CH-47支奴幹直升機、以及少眾的美國的卡曼交叉雙旋翼直升機和最新的傾轉翼直升機以及複合推進直升機這幾大類。

    卡曼直升機的核心在於其研製的交叉旋翼差速器,這個差速裝置可以讓直升機頭頂的兩幅旋翼在正常飛行的過程中永遠保持不會發生碰撞的可能性。首先來說說為什麼要設計兩幅交叉旋轉的旋翼,因為直升機要想獲得更大的起飛重量無外乎兩點,一個是增加槳葉的數量,另外就是設計多副旋翼,所以很多直升機走了增加槳葉數量的這種簡便方式,但是這種增加槳葉數量的方式有兩大缺點,首先就是其仍然屬於單旋翼帶尾槳的結構,其次就是槳葉數量的增加也就意味著其加工製造的難度是成幾何倍增長的,並且槳葉數量也不是無休止的增加,目前世界上最大的單旋翼直升機也就蘇聯研製的米26了,擁有高達8片槳葉,優點是可以賦予直升機最大20噸的載重量(已經和一架運8級別的戰術運輸機差不多),缺點就是旋翼更為密集空氣阻力更大,直升機的最高飛行速度更低,同時直升機的控制難度和製造成本以及難度也在隨之上升。所以另一條路就是設定多副旋翼,這個有多種方式,比如卡式的共軸雙旋翼(上下槳葉距離空間更大,以防止槳葉葉尖上下碰撞,所以直升機的淨身高基本是普通直升機的1.5倍以上),美軍支奴乾的縱列雙旋翼(屬於前後交叉,所以直升機的前後旋翼氣動干擾特別大,飛行速度並不高)、蘇聯的米12橫列雙旋翼(雖然載重量達到了40噸但是氣動控制更難,而且機身體型龐大),所以就出現了卡曼這種在擁有兩幅旋翼的同時直升機的體型更小的直升機,而且由於其兩幅交叉旋轉的旋翼旋轉方向相反,所以相互之間的偏轉力矩自動抵消,也就不用再單獨佈置抵消偏轉力矩控制姿態的尾槳了。

    由於在擁有兩幅旋翼的同時相互抵消了偏轉力矩,所以其抗風性更好,懸停效率也更高,特別適合吊裝作業,但是這種結構的直升機雖然在擁有兩幅旋翼的同時避免了體型龐大和高度更矮,槳葉發生碰撞的機率也更小等優勢,但是其缺點也很明顯,首先目前我們看到的很多直升機的主旋翼的槳葉數量都是四五片的,兩三片的已經很少了。比如目前在載重和飛行品質共優的五片槳葉中,相鄰兩片槳葉的夾角也在36度。而卡曼這種交叉雙旋翼一直採用的是兩片蹺蹺板時雙旋翼,這樣在旋轉是4片槳葉的夾角是90度,如果將槳葉數量由4片增加到6片(也就是單個旋翼多增加一片槳葉),那相互兩片槳葉的夾角就會變成原來的1/3,30度的夾角下,由於目前所有的直升機採用的槳葉並不是剛性旋翼,所以直升機的旋翼在高速旋的過程中,槳葉越靠近葉尖變形的越厲害,那發生碰撞的機率就很大,所以我們極少情況下見到的卡曼交叉雙旋翼一直採用的是兩幅蹺蹺板旋翼。

    所以卡曼這種交叉旋翼的直升機雖然載重更大,更適合吊裝作業,但是由於其發展前景有限,且其兩幅交叉的旋翼是傾斜的,所以在旋翼旋轉過程中機身兩側是不能進行任何開機作業的,所以其真正的用途只能是吊裝作業,相比其他直升機結構更為複雜,而且實用性也不強等原因是限制這種交叉旋翼直升機被普及的核心原因。

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