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誒!這個問題挺有意思,也涉及到簡單的一些物理知識,我來講解一下。也算科普一下直升機的飛行原理吧。
直升機屬於旋轉翼飛行器,和普通飛機不同,直升機的向上升力是由螺旋槳旋轉產生的,如果大家玩過竹蜻蜓就能明白直升機是怎麼飛起來的。
但是,牛頓第三定律告訴我們“相互作用的兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等,方向相反,作用在同一條直線上”。所以當直升機驅動螺旋槳旋轉時,旋翼也必定會對直升機產生相反的作用力,如果沒有其他措施,那直升機機體會進入“不由自主”的旋轉模式,駕駛員要跟著這麼轉,能把隔夜的飯都吐出來。為了抵消這種不由自主地旋轉,直升機就需要額外一種力量將這個反作用力抵消,保證機身不會轉動。最常見的就是上面這種帶尾槳的直升機,尾槳在旋轉時產生的力量將直升機機體的反作用力抵消,這樣直升機就可能在螺旋槳的帶動下安全起飛了。
使用尾槳的直升機在世界佔絕大多數,包括軍用和民用。這種直升機的的優點是結構簡單、技術成熟、效能可靠,各方面效能均比較平衡。有意思的是美、英、德、意、日等國的直升機螺旋槳都是逆時針旋轉,法、俄、中、印的直升機螺旋槳都是順時針旋轉。
帶尾槳的俄羅斯米24直升機
搞清了基本原理我們就能知道,只要能消除施加在機體上的反作用力,除了尾槳式之外還會有很多其他的方式讓直升機飛起來。
1.共軸雙旋翼直升機
這種直升機的機體上方有兩幅螺旋槳,兩幅螺旋槳在繞同一個軸反方向旋轉。這種技術由於螺旋槳轉向相反,兩副旋翼產生的作用力被相互抵消被相互抵消,保證了下方機體不會旋轉。相對於普通直升機來說,共軸雙旋翼直升機,機身變短、升力大、飛行效率高,但對技術水平要求相對較高同時雙旋翼相距過近劇烈機動時有可能會相互碰撞造成機毀人亡的事故。 進口自俄羅斯的共軸雙旋翼反潛直升機
2.雙旋翼橫列直升機
雙旋翼橫列式直升機的兩副螺旋槳一左一右分別安裝在機身兩側的支架上。起飛時螺旋槳旋轉但方向相反,互相產生的作用力被抵消。雙旋翼橫列直升機的技術由於缺點過多目前已被放棄,只有蘇聯製造過數架米-12雙旋翼橫列直升機,目前尚無發展。 原蘇聯米12直升機
3..雙旋翼縱列直升機
雙旋翼縱列直升機的兩個螺旋槳在機身一前一後佈置,根據飛行原理,直升機前後兩個螺旋槳反向旋轉用於抵消產生的力矩。題主所說的CH-47,就是這種雙旋翼縱列直升機,這也是為什麼螺旋槳一個逆時針一個順時針旋轉的原因。這種型別的直升機載重量大,空間大,結構緊湊,因為沒有普通直升機的尾部結構,活脫脫就像一節會飛的車廂,因此CH-47的外號就被叫“做空中車廂”。 會飛的CH-47“空中車廂”
4.雙旋翼交叉式直升機
這種直升機的兩幅螺旋槳除旋轉方向相反外,其螺旋槳基座向傾斜安裝,兩幅螺旋槳旋轉時交叉。交叉翼直升機技術難點較高,基本用於民用,也很少出現在大眾視野。5.偏轉翼飛機
偏轉翼飛機是融合了直升機和飛機特點的一種新式飛行器。偏轉翼飛機在起飛時類似一架雙旋翼橫列直升機,起飛之後螺旋槳和發動機倉向前旋轉90度,看起來就像一架普通的螺旋槳飛機。偏轉翼飛機既具有固定翼飛機速度快和航程遠的特點,又可以像直升機一樣垂直起降和懸停。 美國MV-22“魚鷹”偏轉翼飛機
6.噴氣式尾槳
常規的尾槳式直升機裡,一般都使用一副螺旋槳來產生反作用力矩。有一些小型直升機,另闢蹊徑。這些直升機有一個特殊的尾梁,內部裝有一個風扇,尾梁末端一側安裝了一個噴氣口。起飛時,風扇吹出的風力從這個噴氣口噴出,形成控制直升機機體偏轉的力矩,保證了直升機起飛時機身不會旋轉。這種直升機最大的優點是沒有了尾槳,噪音大大降低,安全效能也得到提升。
美國MD-520N直升機
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這個問題涉及到直升機的轉動慣量自平衡問題了。
咱們現從最簡單的單旋翼直升機來說起吧。以R44這種結構最簡單的民用直升機為例,主旋翼(也就是頭頂上最大的旋翼)在旋轉過程中,如同固定翼機翼那樣,相對於空氣在旋翼的上下表面產生了氣流速度差,從而導致氣壓差產生,這樣最為重要的升力就出現了。
不過,由此帶來的新的問題——這就是轉動慣量平衡問題。簡而言之,如果主旋翼從上往下看是順時針旋轉的,就會對機體產生了一個順時針旋轉的力矩(反之,就是逆時針力矩),從而導致機身處於不平衡狀態,為了平衡這一力矩,就需要在尾翼上單獨設定一個尾槳,其旋轉平面正好是垂直於水平面的。當這個尾槳工作的時候,就可以產生一個側向推力,推動尾翼向右移動,那麼圍繞重心就是一個逆時針力矩。
透過調整尾槳轉速使得尾槳產生的力矩和主旋翼的力矩一致,那麼就可以剛好達到平衡狀態了。
同樣的道理,如果加大或者縮小尾槳轉速,那麼就可以實現直升機的航向調節了,這就是直升機相對於固定翼飛機複雜的體現之處。
回到問題,CH-47是同時裝備兩個主旋翼的縱列式運輸直升機,沒有設定常規的尾槳來平衡力矩,也沒有透過尾槳來控制航向。
在這種機型上,對於力矩的平衡主要就是依靠兩個主旋翼的旋轉方向航轉速進行差動式調節的。具體而論:
對於力矩平衡,採用將兩個主旋翼旋轉方向相反,轉速一致的方法來進行平衡;
對於航向調節,採用加大或者縮小兩個主旋翼的轉速差來進行調節。
這就是CH-47直升機飛行操作的特殊性所在。
這個問題就回答到這裡了。