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直升機的主旋翼為直升機的上升、懸停提供升力,也可以為直升機前飛、側飛甚至倒飛提供推動力。但同時直升機的旋翼在旋轉時,會給空氣扭矩。那麼,根據作用與反作用原理,空氣必然在同一時間,以大小相等、方向相反的反作用力矩作用於旋翼,這就是所謂的“反扭矩”。這個反扭矩進而又會透過旋翼傳遞到直升機機體上。如果不對這個反作用力矩加以平衡,其結果將是:旋翼在朝一個方向 旋轉產生升力的同時,直升機機體會在“反扭矩”作用下朝另一個方面旋轉,顯然,直升機的航向根本無法控制。
所以,解決方案之一就是最常規的,單旋翼加裝“尾槳”,來平衡這個主旋翼的扭矩。圖中的輕型直升機,單旋翼,卻沒有尾槳。
這種無尾槳直升機,尾梁和機身對接的地方安裝有一個可以改變槳葉傾角的風扇,長長的尾梁一側開開有縫隙,在尾梁的尾端設有一個噴氣口。直升機工作時,發動機帶動風扇轉動,在尾梁內部產生壓縮氣流,氣流從尾梁側面的縫隙中噴出,和旋翼的尾流匯合形成繞尾梁旋轉的氣流(環量),從而使尾梁兩側形成壓力差,產生側向力來平衡旋翼的反扭矩。
另外,還有部分氣流是從尾部可調節的噴氣口噴出,透過調節氣流量的大小和方向來實現直升機的方向控制。
這種無尾槳直升機,雖然有著安全可靠、振動小、穩定性好、噪聲低等優點,但這種無尾槳直升機的“控制力”有限,無尾槳系統在應用上受到一些限制,普及性不高,多用於輕小型直升機上。
很明顯這是美國原麥克唐納·道格拉斯公司(後併入波音公司)研製的5座輕型通用無尾槳直升機。型號有MD520N和MD900。此架應該是MD520N型。
md520n很明顯尾部有排氣逢
尾部特寫
這種直升機的最大的特點是換裝了全新的尾梁,很明顯這種尾梁比普通尾梁粗,尾梁前端有可變距風扇,尾梁右下側有排氣縫,尾梁末端裝的一個噴氣舵來提供平衡旋翼扭矩所需的側力和控制偏航運動。這種系統叫環量控制尾梁反扭矩系統。
優點:由於這種系統沒有遠離主機身的高速旋轉部件,使傳遞運動的路徑很短,相比於尾槳結構更簡單、可靠性更高。由於可變距風扇處於包裹中,避免了類似常規尾槳的槳渦干擾,因而消除了直升機噪聲的最大根源,將直升機噪聲水平大大降低,從而使直升機能夠在人員密集的高層大樓間飛行。被包裹的可變距風扇也不存在類似常規尾槳因前飛或下洗流帶來的不平衡入流,從而降低了直升機的振動水平。另外由於取消了尾槳,避免了直升機起飛時對地面人員的威脅和樹梢高度飛行時砍擊樹枝給直升機自身帶來的危險。
缺點:由於這種尾梁的風扇不是直接做工,而是透過排氣做工效率不如普通尾槳,這也是這種系統沒有能夠被大規模應用的原因。環量控制尾梁反扭矩系統需要透過最佳化,實現功率消耗與尾槳相當甚至更少。
目前國際國內對這方面的研究進展緩慢。
另外再介紹幾種不用尾梁風扇平衡螺旋槳扭矩的直升機。前後兩個螺旋槳反向旋轉平衡旋翼扭矩的支奴幹美軍螺旋槳交叉旋轉的k-max運輸直升機,由於螺旋槳安在相互咬合的軸承上所以它們不會碰撞。
卡莫夫的短吻鱷共軸雙翼武裝直升機
上下旋翼反向旋轉平衡扭矩。優點:效率高穩定。缺點:直升機做特殊動作時兩個旋翼可能相碰。