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圖注:中國武直19就是採用的涵道尾槳
涵道尾槳是在垂尾中製成筒形涵道,在涵道內裝尾槳和尾槳轂,利用涵道產生附加氣動力。我們形象地稱它為夾起“尾巴”。1968年,涵道尾槳在法國的“小羚羊”上試飛成功。目前,已有多種直升機採用涵道尾槳,並積累了豐富的使用經驗。涵道尾槳設計的發展使得它在6噸以下噸位的各種直升機中處於有利地位。
這種尾槳類似於一般的風機或壓氣機的風扇,整個風扇置於機身尾面的涵道之中。當採用這種尾槳時,一般都製成面積比較大的垂尾形狀。由於風扇置於涵道之中,涵道口的外形使此處產生附加的空氣動力。
與常規尾槳相比,涵道尾槳不僅消除了暴露尾槳存在的缺點,不易被雜物打漿,提高了安全性。其次,轉子槳葉位於涵道內,旋翼下洗流乾擾影響較輕,有利於低空飛行。而且大垂直尾面在前飛時產生氣動力對尾槳起解除安裝作用,涵道口產生的附加空氣動力也能對尾槳起解除安裝作用。因此,涵道尾槳在前飛時消耗的功率要比普通尾槳小得多。
但需要指出的是,受外涵道結構影響,尾槳的直徑受到限制,阻尼太小,在垂直和懸停動作效率時不如普通尾槳設計。為什麼單是垂直和懸停動作效率低呢?因為牽扯到這兩個動作都需要尾槳變扭矩,只有巡航前飛不需要變扭炬。此外涵道尾槳還存在死重大、敏捷性不佳的缺點。
直升機是靠主旋翼來提供升力和前進動力的,但主旋翼在旋轉的時候,會對機身產生一個反方向的旋轉力矩,如果不把這個力矩抵消掉,機身就會相反方向旋轉起來。為了抵消力矩,人們常用的辦法有兩種,一種是再加一個反方向旋轉的主旋翼,兩個主旋翼旋轉方向相反,產生的力矩方向也相反,就能抵消掉。這一類佈置的直升機包括已成為俄羅斯卡莫夫設計局招牌形象的共軸反轉雙旋翼,美國普遍裝備的CH-46、CH-47串列雙旋翼和很少見的K-MAX並列雙旋翼。
另一種常用的辦法就是裝上尾槳,用尾槳旋轉產生的推力來抵消掉主旋翼旋轉產生的力矩。我們在電影電視上經常會看到,直升機被打壞了尾槳之後,機身就會開始旋轉,這就是主旋翼產生的力矩造成的後果。
最初的直升機尾槳都是暴露在外面的普通尾槳,但在使用過程中,人們發現這一類尾槳存在一些問題。例如,由於尾槳是突出安裝在機體結構外面的,同時還在高速旋轉,直升機向前飛行時就會產生較大的阻力;同樣是由於突出安裝在機體之外,在低空飛行時,尾槳就很容易撞到空中的異物而損壞;此外,高速旋轉的尾槳還是一個巨大的雷達反射體和噪音來源。
為了克服這些缺點,法華人研製出了涵道式尾槳,在直升機尾部製成筒形涵道,在涵道內裝尾槳葉和尾槳轂,利用涵道產生附加氣動力。這種設計可以有效減小直升機的有害迎風面阻力,當直升機在超低空機動飛行時還可防止尾槳的槳葉碰著地面物體,不會受到外來物的侵犯。在地面還可防止直升機旁工作的人員受傷。
自從1968年法華人在“小羚羊”直升機上應用以來,涵道尾槳取得了很大的發展,有多種直升機採用了這種尾槳形式,其中最廣為人知、應用也最廣泛的毫無疑問是“海豚”直升機及其各種衍生型號。美國已下馬的RAH-66“科曼奇”武裝直升機也採用了涵道尾槳。
但涵道尾槳也有缺點。由於尾槳是裝在涵道內的,尾槳的尺寸與涵道的尺寸直接相關,進而造成尾槳的推力也與涵道尺寸直接相關。對於較重型的直升機來說,需要尾槳提供的力矩更大,相應需要的涵道就越大。但涵道做得太大就會連帶造成機尾過大,增加“死重”和空氣阻力,甚至影響到直升機的平衡。所以,目前採用涵道尾槳的一般都是輕型直升機。