直升机原理详解

时间：2011-04-05 10:12来源：蓝天飞行翻译 作者：航空 点击：2930次

　　“蜻蜓”的鸭式布局为旋翼和机翼的关系提供了一个新思路。机翼可以在平飞中为旋翼卸载，但机翼对旋翼的下洗气流造成遮挡也是不争的事实，鸭式布局把机翼和旋翼的位置错开来，互不遮挡，如果没有胃口直接上两用旋翼-机翼，将“蜻蜓”的鸭式布局、Piasecki 的涵道螺旋桨和 S-69 的 ABC 桨叶结合起来，在技术上没有太了不起的困难，但可以成就一架相当先进的直升机，如果没有胃口直接上这样布局的载人直升机，至少可以从无人直升机开始。从复合直升机，到直升-旋翼机，到可锁定的旋翼-机翼，这是一条从直升机向固定翼飞机过渡的路径。与此对应，当然也有一条从固定翼飞机向直升机过渡的路径。如果能使固定翼飞机的推进装置改变方向，不就能实现垂直起落了吗？　　贝尔的 XV-3 是采用倾转动力的固定翼飞机的先驱之一。XV-3 的处在翼尖的发动机是固定的，但驱动旋翼的桨轴可以倾转，所以叫倾转轴（tile shaft）。平飞时，旋翼向螺旋桨飞机一样驱动飞机，垂直起落和悬停时，旋翼通过桨轴向上偏转 90 度。为了保持直升机状态的飞行控制，XV-3 的旋翼是和直升机一样的柔性旋翼，具有全套的总距和周期距控制。XV-3 的动力不足，无法在超出地面效应的高度悬停，作为直升机的功效有限，但 XV-3 证明了将直升机和固定翼飞机结合起来的可能性，为贝尔日后争取到 XV-15 乃至 V-22 的合同至关重要。

以固定翼状态飞行的贝尔的 XV-3，发动机不转动，旋翼的驱动轴转动，所以称 tilt shaft，日后成为 V-22 的重要先驱 / 以直升机状态飞行的 XV-3

XV-3 在悬停状态，由于功率不足，XV-3 不能在超出地面效应以上的高度悬停 / 与贝尔 XV-3 竞争落选的 Transcendental 1G，这是由从 Piasecki 分出来的一批人设计的

XV-3 从直升机状态向固定翼飞机状态转换的过程

和贝尔 XV-3 的技术相似，Transcendental 1G 也是采用倾转轴 / Vertol（以 CH-46、CH-47 出名，后为波音收购）XV-21，同样是 Tilt Shaft
　　贝尔对柔性桨叶的局限清楚得很，在 70 年代，以 XV-3 的研究结果为基础，和 NASA 和美国军方合作，研制了采用半刚性桨叶的 XV-15。XV-15 的发动机舱和旋翼一起倾转，所以成倾转旋翼（tilt rotor）。半刚性桨叶可算是贝尔的看家本领了，当年红透直升机世界半边天的 UH-1，就是采用半刚性的双叶旋翼，桨叶和桨毂刚性连接，但桨毂和桨轴通过跷跷板轴承柔性连接，利用前行侧桨叶的自然升起和滞后，带动后行侧桨叶的自然降落和超前。很神妙的设计，可惜只能用于双叶旋翼。贝尔将跷跷板的原理推广到三叶（理论上也可以更多片桨叶），估计就是在万向接头外包覆一个刚性的整流罩，所有桨叶和整流罩刚性连接。

桨叶和桨毂的经典的分立铰链式连接，挥舞铰、摆振铰“五毒俱全” / 紧凑一点的重合式铰链连接

双叶桨叶特有的跷跷板式连接，省却了挥舞铰和摆振铰，贝尔的经典之作 UH-1 和 AH-1 就是用这种结构 / 从跷跷板进一步发展而来的万向接头式连接，估计贝尔的半刚性旋翼就是在万向接头外包覆一个刚性的整流罩
　　贝尔的半刚性旋翼保留了直升机的总距和周期距控制，用于在悬停或直升机飞行状态时的飞行控制。贝尔还采用了宽弦、大弯度的桨叶，是桨叶最大限度地在前飞时接近常规螺旋桨的特性。XV-15 引起了军方极大的兴趣，飞行试验远远超过简单的悬停、平飞和直升机-固定翼飞机之间的状态转换等概念证明型的试飞科目，而是进入了演习场、两栖登陆舰等接近实战的条件下的试验。美国军方对实验结果相当满意，这直接导致最终的四大军种联合研制的 V-22“鱼鹰”项目。V-22 是历史上第一架也是仅有的一架可以垂直/短距起落的量产型运输机，V-22 故事的细节请看

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