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          【旋翼小課堂】旋翼機飛行原理

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          20世紀,飛機升降時常因故障而失速,導致多人喪生。西班牙工程師謝巴于是發明了自轉旋翼機試圖解決這一問題。旋翼靠飛機運動時激起氣流轉動,產生升力,使飛機失速時不會下墜,當時,他的這個發明被新聞界稱之為“風車飛機”,1925年,謝巴在漢普郡芳白露皇家空軍基地首次正式試飛。三年后,1928年,謝巴親自駕駛旋翼機用37分鐘的時間成功橫越英倫海峽。此后,英美一些公司開始制造旋翼機,用于搜索和測量。1936年12月,謝巴搭乘的民航機在倫敦的克羅依登機場起飛時失速墜毀,他在這次空難中喪生。旋翼機雖然和直升機一樣,都是依靠旋翼產生升力,但它不是直升機。旋翼機與直升機的最大區別是,旋翼機的旋翼不與發動機傳動系統相連,發動機不是以驅動旋翼為飛機提供升力,而是在旋翼機飛行的過程中,由氣流吹動旋翼旋轉產生升力。 

          乍一看,旋翼機和直升機簡直一模一樣:它們頭頂都有一副大直徑的旋翼,在飛行中依靠旋翼的旋轉產生升力。但是除去這些表面上的一致性,旋翼機和直升機卻是兩種完全不同的飛機。

            旋翼機實際上是一種介于直升機和飛機之間的飛行器,它除去旋翼外,還帶有一副螺旋槳以提供前進的動力,一般也裝有較小的機翼在飛行中提供部分升力。旋翼機與直升機的最大區別是,旋翼機的旋翼不與發動機傳動系統相連,發動機不是以驅動旋翼為飛機提供升力,而是在旋翼機飛行的過程中,由前方氣流吹動旋翼旋轉產生升力,象一只風車;而直升機的旋翼與發動機傳動系統相連,既能產生升力,又能提供飛行的動力,象一臺電風扇。由于旋翼為自轉式,傳遞到機身上的扭矩很小,因此旋翼機無需單旋翼直升機那樣的尾槳,但是一般裝有尾翼,以控制飛行。

          在飛行中,旋翼機同直升機最明顯的分別為直升機的旋翼面向前傾斜,而旋翼機的旋翼則是向后傾斜的。

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              需要說明的是,有的旋翼機在起飛時,旋翼也可通過“離合器”同發動機連系,靠發動機帶動旋轉而產生舉力。這樣可以縮短起飛滑跑距離,幾乎以陡直地向上爬升,但還不能垂直上升,也不能在空中不動(即“懸?!保?。等升空后再松開離合器隨旋翼在空中自由旋轉。

            旋翼機飛行時,舉力主要由旋翼產生,固定機翼僅提供部分舉力。有的旋翼機甚至沒有固定機翼,全部舉力都靠旋翼產生。

            由于旋翼機的旋翼旋轉的動力是由飛機前進而獲得。萬一發動機在空中停車螺旋槳不轉了,此時旋翼機據慣性繼續維持前飛,并逐漸減低速度和高度,就在這高度下降的同時,也就 有了自下而上的相對氣流,旋翼就能可自轉提供升力。這樣,旋冀機便可憑飛行員的操縱安全地滑翔降路。即使在行員不能操縱,旋翼機失去控制的特殊情況下,也會像降落傘-樣的降落,雖然也是粗暴著陸,但不會出現類似秤陀落地的情況。

            當然,直升機也是具備自轉下沿安全著陸能力的。但它的旋冀需要從有動力狀態過渡到自轉狀態,這個過渡要損失一定高度。如果飛行高度不夠,那么直升機就可能來不及過渡而觸地。旋翼機本身就是在自轉狀態下飛行的,不需要進行過渡,所以也就沒行這種為安全轉換所需的高度約束。

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             由于旋翼機的旋翼是沒有動力的,因此它沒有由于動力驅動旋翼系統帶來的較大的振動和噪音,也就不會因這種振動和噪音而使旋翼、機體等的使用落命縮短或增加乘員的疲勞。旋翼機動力驅動螺旋槳所造成的影響,顯然小得多。

            另外,旋翼機還有-個很可貴的特點,就是它的著陸滑跑距離大大地短于起飛沿跑距離,甚至操縱得好可以不滑跑就地著陸,只要-塊比旋翼直徑大一些的地方就可降落,即使不怎么平也不要緊,甚至可在旅游船頂篷或甲板上降落。

            美國的旋翼機飛行訓練手冊說:“旋翼機的穩定性在所有航空器中最高”。它可自動調節,使機身具有良好的俯仰穩定性、滾轉穩定性和速度穩定性。旋轉起來的旋轉槳盤恰似個大慣性輪,且旋翼沒有周期變距等變化。又由于旋翼視的旋翼安裝角比直升機的要大些,所以具有較好的陀螺效應,穩定性較高。

            旋翼機的抗風能力較高,而且在起飛時,它還喜歡有風。對常規的旋翼機來說,風有利于旋翼的起動和加速旋轉,可以縮短趙-它滑跑的躍離,當達到足夠大的風速時,一般的旋翼機也可以垂直起飛。一般來說,旋翼機的抗風能力強于同量級的固定翼飛機,而大體與直升機的抗風能力相當,甚至“在湍流和大風中的飛行能力超出直升機的使用極限”。


            旋冀機可分為兩類,一類是需要滑跑起飛的,這種比較簡單,大量的是這一類。另-類是可垂直起飛的,其起飛方法有三種:一種是帶動力驅動它的旋翼;第二種是用預轉旋翼并使其達到正常飛行轉速的-定倍數,然后突然脫開離合器,同時使旋翼獎葉變距而得到較大的升力跳躍起飛;第三種則是由旋翼翼尖小火箭驅動旋翼旋轉而提供升力來實現垂直起非這種垂直起飛的過程,一般都是由自動程序控制來完成的。

            旋翼機的性能價格比是很高的,它有許多寶貴性能,價格卻比較便宜,約為同量級直升機的五分之-到十分之一,相當子-輛中等偏上的小汽車的價錢。前面所提到的那種由小火筋驅動旋翼而垂直起飛,由汽油發動機和螺旋槳使其前-迄的“直升旋翼機”,其每磅有效載荷的價格也只有普通直升機中最便宜的三分之一。

            由于旋翼機沒有尾梁、沒有尾傳動系統及減速器自動傾斜器,絕大部分旋翼機也沒有主旋翼傳動系統、主減速器等,結構簡單,所以不僅價格低,而且故障率也低。此外使用維護簡單方便。所需費用也低。

            旋翼機的駕駛比直升機容易得多。國外一些旋翼機-運行培訓中心,對沒有飛過任何機種的新手,一般通過兩天的訓練和帶飛即可放單飛,而對有過訓練的人一天就行了。

            旋翼機雖然古老,但它也是一種正在蓬勃發展的年輕飛行器,其好用、安全、便利的特點,使其在未來的航空器家族中仍將占有一席之地。


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